(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211241091.9 (22)申请日 2022.10.11 (71)申请人 辽宁科技大 学 地址 114051 辽宁省鞍山市立 山区千山中 路189号 申请人 日钢营口中板有限公司 (72)发明人 李维娟　吴志洋　王东明　庞启航　 曲之国　边首缘　于浩　戚桓　 张德勇　 (74)专利代理 机构 鞍山顺程商标专利代理事务 所(普通合伙) 21246 专利代理师 卢锡成 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 113/26(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种基于ANSYS的中厚钢板焊接接头尺寸确 定方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于ANSYS的中厚钢板焊 接接头尺寸确定方法， 包括以下步骤： 选取中厚 钢板并根据中厚钢板的焊接工艺选取热源模型； 以软件JMatPro对中厚钢板不同温度的热物性参 数进行计算； 建立中厚钢板焊接三维模型； 根据 ANSYS有限元软件进行APDL参数化语言编程； 模 拟中厚钢板焊接过程中焊缝的填充； 对中厚钢板 焊接接头焊接过程进行温度场分析计算； 根据温 度场分析计算得到中厚钢板焊接接头的温度场 云图以及热循环曲线； 根据温度场云图以及热循 环曲线确定合理的中厚钢板焊接接头尺寸， 本发 明涉及焊接技术领域,采用ANSYS有限元法对中 厚钢板焊接过程进行温度场模拟， 从而制定合理 的中厚钢板焊接接头尺寸， 确定焊接接头尺寸精 准度及效率较高， 且成本低廉。 权利要求书1页 说明书6页 附图7页 CN 115455614 A 2022.12.09 CN 115455614 A 1.一种基于ANSYS的中厚钢板焊接 接头尺寸确定方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 选取中厚钢板并根据所述中厚钢板的焊接 工艺选取 热源模型； 以软件JMatPro对所述中厚钢板不同温度的热物性 参数进行计算； 建立所述中厚钢板焊接三维模型； 根据所述 三维模型通过ANSYS有限元 软件进行AP DL参数化语言编程； 采用生死 单元技术模拟所述中厚钢板焊接过程中焊缝的填充； 定义热源 模型的边界条件， 对中厚钢板焊接 接头焊接过程进行温度场分析计算； 根据所述温度场分析计算得到所述中厚钢板焊接 接头的温度场云图以及热循环曲线； 根据所述温度场云图以及所述热循环曲线确定合理的厚钢板焊接 接头尺寸。 2.根据权利要求1所述的一种基于ANSYS的中厚钢板焊接接头尺寸确定方法， 其特征在 于,所述以软件JMatPro对所述中厚钢板不同温度的热物性 参数进行计算的步骤 包括： 所述热物性参数主要包括中厚钢板的热导率、 密度以及比热容， 对800℃～500℃的所 述热物性 参数进行精确计算； 对于所述中厚钢板在焊接过程中产生的凝 固潜热采用等效法， 将所述凝固潜热与 所述 中厚钢板的显热等效转 化为焓值的变化。 3.根据权利要求1所述的一种基于ANSYS的中厚钢板焊接接头尺寸确定方法， 其特征在 于,所述建立中厚钢板焊接三维模型的步骤 包括： 采用由点成线， 由线成面， 由面成体的方法建立中厚钢板的三维模型； 定义所述中厚钢板的三维模型的单 元属性为热分析三维 实体单元solid70； 对所述热分析三维 实体单元solid 70中的参数进行定义； 对所述参数采用不同疏密尺度的网格划分。 4.根据权利要求3所述的一种基于ANSYS的中厚钢板焊接接头尺寸确定方法， 其特征在 于,所述参数包括焊缝、 热影响区及母材 金属。 5.根据权利要求1所述的一种基于ANSYS的中厚钢板焊接接头尺寸确定方法， 其特征在 于,所述采用生死 单元技术模拟所述中厚钢板焊接过程中焊缝的填充的步骤 包括： 在焊接前对焊缝 单元刚度乘以1.0 E‑6， 消除所述焊缝 单元所有对计算有影响的参数； 在每一步焊接结束后， 重新激活此处的所述焊缝 单元， 从而填充焊缝。 6.根据权利要求1所述的一种基于ANSYS的中厚钢板焊接接头尺寸确定方法， 其特征在 于,所述根据所述温度场分析计算得到所述中厚钢板焊接接头的温度场云图以及热循环曲 线的步骤 包括： 根据所述中厚钢板焊接过程中不同时刻的所述温度场云图， 分别绘制中厚钢板不同位 置处的温度曲线； 最终得到所述中厚钢板焊接对接 接头的合理尺寸。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115455614 A 2一种基于ANSYS的中厚钢板 焊接接头尺寸确定方 法 技术领域 [0001]本发明涉及焊接技术领域， 具体为一种基于ANSYS的中厚钢板焊接接头尺寸确定 方法。 背景技术 [0002]焊接是目前造船、 建筑、 机械制造和压力容器等工程领域钢材的重要连接手段， 随 着钢板厚度的增加， 焊接过程热输入的增大， 焊接热影响区(CGHAZ)在高温的停留时间加 长， 冷却速度减慢， 极易形成粗大的多边形铁素体以及韧性较差的魏氏组织等。 因此， 对中 厚钢板进行实际焊接前， 必须对一定尺寸的钢板(即焊接接头试样)进行焊接试验， 并测试 焊接后的拉伸、 冲击、 以及弯曲等 性能， 以检测其焊接性能是否 达标。 [0003]近年来， 对于钢板焊接后的力性能预测在中国已有公开的相关专利(公开号 113084389)， 对于力学性能试验试样的选取及制备已经有了完善的标准(GB/T2975 ‑2018)。 但是对于进行焊接试验的焊接接头尺寸的确定尚不完善， 尤其对于热输入较高的中厚钢板 来说， 焊缝的热量主要向母材金属传导， 进而由整个焊接接头通过对流以及热辐 射的方式 向周围环境中传递， 焊接接头尺寸会严重影响热量的传递。 焊接接头尺寸过小， 采用热传导 的方式由焊缝向母材金属传递热量的比重减少， 采用对流以及热辐射的方式 向周围环境传 递热量的比重增加； 在实际焊接情况下， 热传导的传热效率会远大于对流与辐 射的传热效 率。 因此， 若焊接接头尺寸过小， 会导致焊缝及热影响区的冷却速度减慢， 冲击韧性降低； 若 焊接接头尺寸过大， 焊接试验可能更接近实际焊接情况， 但焊接及后续性能检验成本增加。 因此， 本专利通过ANSYS有限元法， 制定合理的中厚钢板焊接 接头试样尺寸。 [0004]本发明通过ANSYS有限元软件模拟中厚钢板焊接过程温度场变化， 采用生死单元 技术模拟焊接过程焊缝的填充， 通过等效 比热法， 将熔池对流、 辐射换热等效转化为热传 导， 将凝固潜热等效转化为焓值的变化， 从而更加精确的获得中厚钢板焊接过程温度场云 图及热循环曲线， 从而达 到制定合 适的钢板焊接 接头尺寸的目的。 发明内容 [0005]本发明提供一种试验成本较低、 准确度较高的中厚钢板焊接接头尺寸的确定方 法。 [0006]为实现以上目的， 本 发明通过以下技术方案予以实现： 一种基于ANSYS的中厚钢板 焊接接头尺寸确定方法， 包括以下步骤： [0007]选取中厚钢板并根据所述中厚钢板的焊接 工艺选取 热源模型； [0008]以软件JMatPro对所述中厚钢板不同温度的热物性 参数进行计算； [0009]建立所述中厚钢板焊接三维模型； [0010]根据所述 三维模型通过ANSYS有限元 软件进行AP DL参数化语言编程； [0011]采用生死 单元技术模拟所述中厚钢板焊接过程中焊缝的填充； [0012]定义热源 模型的边界条件， 对中厚钢板焊接 接头焊接过程进行温度场分析计算；说　明　书 1/6 页 3 CN 115455614 A 3