[发明专利]一种激光焊接热源模型的建立方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接热源模型的建立方法。 

背景技术

激光焊接作为一种高效率、高质量、高精度和小变形的焊接方法得到日益广泛的应用和不断的开发，已经在机械制造、航空航天、汽车工业以及微电子行业等领域得到飞速的发展。尤其是在航空航天领域，激光焊接因其能够实现多种类型材料的连接，具有其他熔焊工业无法比拟的优越性等优点在航空工业的应用中做出了开创性贡献。采用激光焊接的焊接结构从降低飞行器制造成本、缩短生产周期、减轻重量、提高构件的机械性能，提高运载能力、增强稳定性方面，都有良好的效果。目前，激光焊接技术已应用于波音、空中客车等主要航空企业的飞机制造中。空中客车公司在A318飞机机身壁板的桁条上用激光焊接代替铆接工艺。该工艺不仅可以节约成本，而且可以提高抗腐蚀能力，减重并减少裂纹增长。德国飞机蒙皮与筋条的连接采用激光焊接技术，用于A330/340飞机壁板的制造，其结果与铆接相比，机身的重量减轻18％左右，制造成本降低了近25％。航空领域应用一般结构件比较复杂，且材料造价比较高，制造工艺不成熟，如果采用物理实验或者是依靠经验的方法需要做很多次试验，试验周期很长，这将会耗费大量的不必要成本，严重消耗大量物力人力资源，严重的影响到构件的投入生产使用的时间。所以焊接模拟和仿真具有十分重要的意义。采用数值模拟的方法来代替前期不必要的物理实验，可以节约大量的成本和物力人力资源，缩短研究周期。将生产车间的反复性试验交由计算机处理，可减少实际试验的反复性和盲目性，并且焊接在模拟过程中调整方便，便于控制。 

激光焊接模拟首要解决的问题是激光焊接热源模型的问题。目前国内外文献中所提到的比较成熟的激光热源模型多为组合热源模型，解析公式较为复杂，商用有限元计算软件中只有高斯面热源和双椭球热源模型，没有与之对应的激光热源模型。所以要实现激光焊接模拟，必须人工编写含有激光热源相关代码的子程序，然后通过有限元软件调用该程序进行计算。这样便带来了诸多弊端：其一是热源子程序的编写复杂多变，通用性较差，热源移动路径难于实现，对编程者水平的要求较高；其二有限元软件调用子程序会耗用许多额外时间，大大降低了计算效率，若有限元模型网格数量较大，无疑会进一步加大计算量，甚至会达到计算机无法承受的程度；此外激光热源的校核比较复杂，重复性调试操作量较大。利用本发明所提供的热源模型无需人工编程，利用有限元计算软件自带热源模型模块 便可实现，降低了热源实现难度，提高了计算效率，可完成大型复杂构件的激光焊接过程。另外该热源构建形式简单，热源形状调节方便，可控性强，与实验结果相似程度高。 

发明内容

本发明是要解决大型复杂构件的激光焊接模拟中存在的激光热源实现难度大，计算效率低的问题，而提供的一种激光焊接热源模型的建立方法。 

本发明的一种激光焊接热源模型的建立方法按以下步骤实现： 

第一步：建立三维有限元网格模型： 

在三维造型软件中建立工件的几何模型，利用网格划分软件或者有限元计算软件对工件进行网格划分； 

第二步：建立热源表面的高斯热源模型： 

q(x,y,t)=3Qη1πR2exp(-3(x2+y2)R2)---(1)]]>