异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法，其包括如下步骤：S1、将模拟区域划分为多个正方形网格；S2、根据母材和焊丝熔体的物性参数，计算并输入LB模型中所需的物理参数；S3、构建焊接熔池形貌；S4、设置初始条件；S5、计算焊丝熔滴滴落过程中熔池内流场；S6、计算焊丝熔滴滴落过程中熔池内浓度场：S7、判断是否满足输出条件；若否，进行步骤S5；若是，输出结果。该方法能对不同液滴冲击速度条件下焊接熔池内的偏析形成位置和形貌进行预测。还能模拟外加磁场对液滴运动方向的影响，能对外加磁场条件下焊接熔池内的偏析形成进行预测。另，该方法易于处理复杂形状的固液界面边界，无需对界面网格的速度、密度、浓度做复杂假设。

【技术实现步骤摘要】
异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法
本专利技术属于MIG焊接
，涉及一种异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法。
技术介绍
MIG焊接(熔化极惰性气体保护焊接，meltinert-gaswelding)是使用熔化电极(焊丝)，以外加气体(一般为Ar或He)作为电弧介质，并保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊的方法。其中，异种焊丝MIG焊接是指焊丝成分与母材成分不同的MIG焊接。异种焊丝MIG焊接中会出现区域偏析，也就是在焊缝中出现的元素偏析现象，也即焊缝中各组成元素的分布不均匀的现象。但是，目前现有技术中还没有关于焊接区域偏析形成预测方法。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法。一种异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法，包括如下步骤：S1、将模拟区域划分为多个正方形网格；S2、根据母材和焊丝熔体的物性参数，计算并输入格子玻尔兹曼模型中所需的物理参数；S3、构建焊接熔池形貌；S4、设置初始条件；S5、计算焊丝熔滴滴落过程中熔池内流场；S6、计算焊丝熔滴滴落过程中熔池内浓度场：S7、判断是否满足输出条件；若不满足，进行步骤S5；若满足，输出结果。上述异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法，能够对不同液滴冲击速度条件下焊接熔池内的偏析形成位置和形貌进行预测。同时，能够模拟外加磁场作用对液滴运动方向的影响，能够对外加磁场条件下焊接熔池内的偏析形成进行预测。另外，该方法易于处理复杂形状的固液界面边界，无需对界面网格的速度、密度、浓度做复杂假设。上述异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法，采用数值模拟，即将数学模型进行离散化，由计算机对离散化的数学模型进行计算，计算结果能够模拟实际的物理过程，进而对于实验中难以获得的物理信息进行解释和预测。可选地，所述流场通过多松弛伪势多相流格子玻尔兹曼模型获得。可选地，所述流场通过如下公式计算获得：可选地，所述浓度场通过单松弛格子玻尔兹曼模型获得。可选地，所述浓度场通过如下公式计算获得：可选地，所述初始条件包括初始液相和气相初始密度，液滴和熔池内的初始浓度，液滴运动初始速度和方向。附图说明图1为本专利技术一实施例的异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法的流程图。图2为异种焊丝MIG焊接模拟示意图。图3为在液滴速度为0.1时铝合金异种焊丝MIG焊接熔池浓度场演化模拟示意图。图4为在液滴速度为0.14时铝合金异种焊丝MIG焊接熔池浓度场演化模拟示意图。图5为在磁场作用下铝合金异种焊丝MIG焊接熔池浓度场演化模拟示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术提供了一种异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法，其采用数值模拟的方式，对异种焊丝MIG焊接区域偏析，建立离散化数学模型进行计算。具体地，参见图1，异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法，包括如下步骤：S1、将模拟区域划分为多个正方形网格；S2、根据母材和焊丝熔体的物性参数，计算并输入格子玻尔兹曼模型中所需的物理参数；S3、构建焊接熔池形貌；S4、设置初始条件；S5、计算焊丝熔滴滴落过程中熔池内流场；S6、计算焊丝熔滴滴落过程中熔池内浓度场：S7、判断是否满足输出条件；若不满足，进行步骤S5；若满足，输出结果。其中，在步骤S1中，根据实际情况，设置合适的网格尺寸，将模拟区域划分为若干正方形网格。在步骤S2中，根据母材和焊丝熔体的物性参数，获得格子玻尔兹曼模型(LB模型)中所需的物理参数。格子玻尔兹曼模型(LB模型)中所需的物理参数，主要包括流场松弛时间、浓度场松弛时间等。其它参数，本领域技术人员可以根据实际情况获取，在此不再赘述。在步骤S3中，根据实验中典型的MIG焊接熔池形貌，在LB模型计算区域中设置固相位置，构建出焊接熔池形貌。在步骤S4中，初始条件包括初始液相和气相初始密度，液滴和熔池内的初始浓度，液滴运动初始速度和方向。在步骤S5中，可选地，所述流场通过多松弛伪势多相流格子玻尔兹曼模型获得。进一步地，所述流场通过如下公式(公式1-5)计算获得。在所建立的LB模型中，流场计算控制方程为公式1。其中，流-流作用力和流-固作用力的计算方式分别为其中，熔池内流体局部密度和局部速度计算方程为在步骤S6中，可选地，所述浓度场通过单松弛格子玻尔兹曼模型获得。进一步地，所述浓度场通过如下公式(公式6-7)计算获得。其中，浓度场演化LB方程为其中，熔池内局部浓度计算方程为在步骤S7中，判断是否满足输出条件；若满足，输出结果，则结束；若不满足，回到步骤S5，进行循环，直至满足输出条件。上述异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法，能够对不同液滴冲击速度条件下焊接熔池内的偏析形成位置和形貌进行预测。同时，能够模拟外加磁场作用对液滴运动方向的影响，能够对外加磁场条件下焊接熔池内的偏析形成进行预测。另外，该方法易于处理复杂形状的固液界面边界，无需对界面网格的速度、密度、浓度做复杂假设。上述异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法，采用数值模拟，即将数学模型进行离散化，由计算机对离散化的数学模型进行计算，计算结果能够模拟实际的该物理过程，进而对于实验中难以获得的物理信息进行解释和预测。参见图2，图2为异种焊丝MIG焊接模拟示意图。在异种焊丝MIG焊接中，以母材为AA6063-T6铝合金(Mg元素含量为0.53wt.％)，焊丝为ER5183铝合金(Mg元素含量为4.3wt.％)为例进行说明。即焊丝中的Mg浓度明显高于母材中的Mg浓度。在焊丝熔滴滴落之前，熔池底部为母材熔化的液相，成分为0.53wt.％Mg。随后，MIG焊模拟开始，多个成分为4.3wt.％Mg高浓度焊丝液滴依次滴落到低浓度熔池中。通过改变焊丝液滴的初始速度，可以改变熔池内的混合状态，进而影响熔池内Mg元素的最终浓度分布。因此，模拟结果可以对熔池内Mg元素的区域偏析情况进行预测。图3为采用LB模型模拟得到的铝合金异种焊丝MIG焊接过程中熔池浓度场演化。设置高浓度焊丝液滴初始本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、将模拟区域划分为多个正方形网格；/nS2、根据母材和焊丝熔体的物性参数，计算并输入格子玻尔兹曼模型中所需的物理参数；/nS3、构建焊接熔池形貌；/nS4、设置初始条件；/nS5、计算焊丝熔滴滴落过程中熔池内流场；/nS6、计算焊丝熔滴滴落过程中熔池内浓度场：/nS7、判断是否满足输出条件；若不满足，进行步骤S5；若满足，输出结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将模拟区域划分为多个正方形网格；
S2、根据母材和焊丝熔体的物性参数，计算并输入格子玻尔兹曼模型中所需的物理参数；
S3、构建焊接熔池形貌；
S4、设置初始条件；
S5、计算焊丝熔滴滴落过程中熔池内流场；
S6、计算焊丝熔滴滴落过程中熔池内浓度场：
S7、判断是否满足输出条件；若不满足，进行步骤S5；若满足，输出结果。


2.根据权利要求1所述的异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟方法，其特征在于，所述流场通过多松弛伪势多相流格子玻尔兹曼模型获得。


3.根据权利要求2所述的异种焊丝MIG焊接区域偏析的数值模拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆宇，项重辰，董其鹏，王晓南，长海博文，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32