[发明专利]垂直管道焊接熔池及焊缝的模拟方法

摘要

本发明公开一种垂直管道焊接熔池及焊缝的模拟方法，包括在触摸屏上选择垂直管道焊接，同时选择焊接参数；触摸屏显示虚拟焊接场景；利用模拟焊钳在触摸屏上显示的模拟管道表面进行模拟焊接，并实时检测焊接轨迹、模拟焊接弧长和焊接角度；焊接操作模拟器根据电弧长度的数值，计算出熔宽、熔深、熔池长度，然后根据焊条倾角判断是否属于理想倾角范围绘制熔池；熔池随着模拟焊枪的焊接轨迹运动，当某点位于熔池之外时，根据模拟焊枪焊到该点时，判断焊条倾角是否属于理想倾角范围绘制焊缝。本发明方法操作简单、响应快、成本低，能够直观的模拟出不同倾角的熔池和焊缝形状，有效的提高模拟焊接操作者的直观认知，有效的提高模拟焊接的操作水平。

主权项

垂直管道焊接熔池及焊缝的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、在焊接操作模拟器的触摸屏上选择垂直管道焊接，同时选择焊接参数，并调节触摸屏至垂直；焊接参数包括焊接电流和焊条直径；第二步，触摸屏显示虚拟焊接场景；第三步，利用模拟焊钳在触摸屏上显示的模拟管道表面进行模拟焊接，焊接操作模拟器实时检测模拟焊枪空间位置和角度，以检测出焊接轨迹、模拟焊接弧长和焊接角度；第四步，焊接操作模拟器根据电弧长度的数值，利用公式(11)计算出此刻的焊接电压U，再结合所选择的电流值I，根据公式(8)、(9)、(10)计算出熔宽、熔深、熔池长度，然后根据焊条倾角判断是否属于理想倾角范围；根据判断的结果利用相应的熔池生成模型以焊条所在位置为中心在触摸屏上绘制熔池；其中，如果为理想倾角则采用公式(14)、(15)绘制熔池；如果为非理想倾角则采用公式(16)、(17)绘制熔池；a＝0.07*I+0.075U‑0.20*v    (8)b＝1.2*a   (9)h＝0.04*I‑0.025U‑0.016*v    (10)U＝l+22    (11)式中：a——熔池短半轴长度，即熔宽/mm；b——熔池长半轴长度/mm；h——熔池深度/mm；I——焊接电流/A；U——焊接电压/V；v——焊接速度/mm·min‑1；l——电弧长度/mm；Δx=cosθ*k1*exp(k2*(Ry2a2+Rx2+Rz2b2))---(14)]]>Δz=sinθ*k1*exp(k2*(Ry2a2+Rx2+Rz2b2))---(15)]]>Δx=exp(k0*Rya)*cosθ*k1*exp(k2*(Ry2a2+Rx2+Rz2b2))---(16)]]>Δz=exp(k0*Rya)*sinθ*k1*exp(k2*(Ry2a2+Rx2+Rz2b2))---(17)]]>式中：Δx——熔池在X方向凹陷的增量/mm；Δz——熔池在Z方向凹陷的增量/mm；θ——焊条位于整个管道的角度位置/°；k0——熔池下坠生长修正系数；k1、k2——修正常数；Rx——任意网格点P与焊条端部C的X轴方向距离，Rx＝C.x‑P.x/mm；Ry——任意网格点P与焊条端部C的Y轴方向距离，Ry＝C.y‑P.y/mm；Rz——任意网格点P与焊条端部C的Z轴方向距离，Rz＝C.z‑P.z/mm；第五步，熔池随着模拟焊枪的焊接轨迹运动，当某点位于熔池之外时，根据模拟焊枪焊到该点时，判断焊条倾角是否属于理想倾角范围；根据判断的结果利用相应的焊缝生成模型形成焊缝；其中，如果为理想倾角则采用公式(18)、(19)绘制焊缝；如果为非理想倾角则采用公式(20)、(21)绘制焊缝；Δx=cosθ*k1*exp(k2*Ry2a2)---(18)]]>Δz=sinθ*k1*exp(k2*Ry2a2)---(19)]]>Δx=exp(k0*Rya)*cosθ*k1*exp(k2*Ry2a2)---(20)]]>Δz=exp(k0*Rya)*sinθ*k1*exp(k2*Ry2a2)---(21).]]>