专利名称：一种应用于水环境中焊接物理场耦合的系统分析方法
技术领域：
本发明属于材料加工工程学科中的焊接领域，尤其涉及一种应用于水环境中焊接物理场耦合的系统分析方法。
背景技术：
海洋蕴含着丰富的自然资源。 海洋的开发需要大量海洋工程的建设，而这必定离不开水下焊接技术的应用。水下焊接技术从电弧环境上主要区分为湿法、干法和局部干法。湿法焊接是指直接在水环境中进行焊接，水与电弧之间没有任何隔离设施，电弧主要靠焊条药皮或药芯燃烧生成的气罩进行保护。干法焊接是指用大型隔离舱将焊接件与水环境隔开，形成类似于陆上焊接的工况环境。局部干法是指将局部焊接区域的水排开，保证施焊位置局部干燥。焊接过程是个复杂的传热传质问题。在计算焊接温度场时，电弧、焊件与周围环境之间热对流系数的取值决定着焊接温度场分析的准确与否。以往计算大气条件下的焊接温度场时往往设定焊件与空气环境之间的对流换热系数h。为某个常数，取值范围为f 100W/(m2 K)。与此对应，在为数不多的几篇有关水下湿法焊接温度场模拟的研究文献中，把焊件与水环境之间的对流换热系数h。也常设定为某个常数，取值范围为20(Tl000W/(m2 K)。但对于水下湿法焊接而言，水环境的存在使得该焊接过程的热传递变得更为复杂。随着焊件表面温度的上升，与其接触的水介质会发生沸腾和汽化，水介质的相变必然会导致焊件与水环境之间对流传热系数的变化，此时再将其取为常数显然不能恰当描述水下湿法焊接的物理场耦合情况。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种应用于水环境中焊接物理场耦合的系统分析方法。本发明结合水的饱和沸腾传热原理，得到水下湿法焊接过程中，焊件与水环境之间的对流传热系数随焊件温度变化的曲线，并以此为基础给出应用于水下湿法焊接的温度场分析流程。本发明的目的在于改进水下湿法焊接物理场的分析方法，使分析结果更符合实际工况。为了解决上述技术问题，本发明一种应用于水环境中焊接物理场耦合的系统分析方法，步骤如下步骤一参考水的大容器饱和沸腾曲线，根据焊件表面过热度At增加过程中水沸腾传热的不同机理，将该曲线分为自然对流、核状沸腾、过度沸腾和稳定膜态沸腾四个区；其中A t=tw-ts, tw表示焊件表面温度，ts表示水环境温度，A t表示焊件表面过热度；步骤二 根据公式h=q/At分别计算出上述水的大容器饱和沸腾曲线中沸腾状态变化特征点A、B、C、D、E、F的对流散热系数h，并拟合得到对流散热系数随焊件表面温度tw变化的曲线，该曲线的分段函数如下
权利要求
1.一种应用于水环境中焊接物理场耦合的系统分析方法，其特征在于，步骤如下步骤一参考水的大容器饱和沸腾曲线，根据焊件表面过热度At增加过程中水沸腾传热的不同机理，将该曲线分为自然对流、核状沸腾、过度沸腾和稳定膜态沸腾四个区；其中Δ t = tw-ts, tw表示焊件表面温度，ts表示水环境温度，Δ t表示焊件表面过热度；步骤二 根据公式h=q/At分别计算出上述水的大容器饱和沸腾曲线中沸腾状态变化特征点A、B、C、D、E、F的对流散热系数h，并拟合得到对流散热系数随焊件表面温度tw变化的曲线，该曲线的分段函数如下
全文摘要
本发明公开了一种应用于水环境中焊接物理场耦合的系统分析方法，其步骤是参考水的大容器饱和沸腾曲线，根据公式h=q/Δt计算出上述曲线中沸腾状态变化点的对流散热系数h，并拟合得到对流散热系数随焊件表面温度tw变化的曲线，将此曲线对应的分段函数作为水下湿法焊接有限元模型的边界散热条件；在确定水下湿法焊接条件的基础上，利用Visual Mesh建立焊板几何模型和进行有限元网格划分，结合上边得到的边界散热条件，利用SYSWELD软件计算了水下湿法焊接温度场的分布情况。本发明可以合理预测水下湿法焊接温度场的分布情况，在实际生产中有重要的科学和工程意义，可以减少进行水下焊接工艺试验的工作量，降低工艺试验成本。
文档编号B23K9/00GK103008827SQ20121052460
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者李航, 王立君 申请人:天津大学