[发明专利]一种利用高能微弧冷焊对承压结构进行补焊的方法

权利要求书

1.一种利用高能微弧冷焊对承压结构进行补焊的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用无损检测技术定位承压结构初始焊缝附近超标缺陷位置，并确定待补焊部位尺寸；

(2)根据无损检测结果对缺陷部位进行挖除，并获得待补焊部分材料以及挖除区域的尺寸参数；

(3)根据步骤(1)和步骤(2)参数，建立待补焊部位几何模型；

(4)根据材料参数设置、热载荷设置、网格划分以及温度边界条件设置，利用焊接顺次耦合模拟方法建立初始焊接的温度场模型和应力场模型；

(5)设置补焊工艺参数，在步骤(4)初始焊接的温度场模型和应力场模型基础上，采用高能微弧冷焊高斯面热源，建立补焊的温度场模型和应力场模型；

(6)根据步骤(5)应力场模型计算的补焊残余应力分布结果，选择最佳应力分布结果对应的补焊工艺参数，对承压结构进行高能微弧冷焊补焊。

2.根据权利要求1所述的利用高能微弧冷焊对承压结构进行补焊的方法，其特征在于，步骤(3)中，初始焊接的热载荷采用双椭球体热源模型，双椭球热源密度q由q₁，q₂两部分组成，热源前半部分与后半部分的表达如下：

q(x,y,z)＝q₁(x,y,z)+q₂(x,y,z)

前椭球热源：

后椭球热源：

其中，Φ为热输入，由下式计算：

φ＝ηUI

以上公式中各符号分别代表：

x，y，z为模型中任意一点的坐标；

f_f、f_r为热源前后端分别占总热源的比例，f_f+f_r＝2；

a、b、c为热源的形状参数(m)；η为焊接热源热效率取0.77～0.87；U、I分别为焊接所输入的电压(V)与电流(A)。

3.根据权利要求1所述的利用高能微弧冷焊对承压结构进行补焊的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的网格划分为焊缝区网格尺寸小，远焊缝区网格尺寸大，采用梯形网格过渡。

4.根据权利要求1所述的利用高能微弧冷焊对承压结构进行补焊的方法，其特征在于，步骤(3)中，初始焊接的温度边界条件设置即设置模型的热对流系数和热辐射系数和环境温度值：

对流换热系数按下式计算：

式中，α_k为对流换热系数(W/(m²·K))，T为温度(K)；

辐射换热系数按按下式计算：

式中：T为温度(K)，

ε为物体黑体系数，

σ为Stefan常数(W/(m²·k⁴))；

补焊的温度边界条件设置与初始焊接相同。

5.根据权利要求1所述的利用高能微弧冷焊对承压结构进行补焊的方法，其特征在于，步骤(3)中，初始焊接和补焊的应力场模型建立时，采用的应力边界条件相同，根据待焊部位的实际约束情况进行相应设置。

6.根据权利要求1所述的利用高能微弧冷焊对承压结构进行补焊的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的补焊工艺参数包括脉宽、峰值电流以及电压。

7.根据权利要求1所述的利用高能微弧冷焊对承压结构进行补焊的方法，其特征在于，步骤(4)中，补焊采用的高能微弧冷焊高斯面热源方程为：

其中，q为热流密度；

η为焊接热源热效率；

U为焊接电弧电压；

Ip为焊接峰值电流；

t为脉宽；

r为模型上任一点与热源中心点之间的距离，r²＝(x-x₀)²+(y-y₀)²+(z-z₀)²，其中x，y，z为模型中任意一点坐标，x₀，y₀，z₀为热源中心点的位置坐标；

热流密度周期性间断施加，利用MOD函数求取当前工作时间与周期的余数K，并将其与工作脉宽对比，如果余数K小于脉宽，说明此时的焊接状态为焊枪脉冲放电的时刻，对模型施加补焊热冲击，否则不施加热冲击。