一种焊缝填充焊材消耗分层计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种焊缝填充焊材消耗分层计算方法。
【背景技术】
[0002] 在焊接工艺设计过程中，焊缝焊材计算和产品焊材消耗汇总是一个重要内容。由 于坡口形式的多样性和不规则性，导致焊缝截面面积较难计算；另一方面，在一些中大厚件 结构件焊接过程中，一个坡口需要选用不同焊接材料和方法进行施焊，需要计算不同焊接 工序对应焊层截面面积，使得焊材分类用量计算较为繁琐。
[0003] 目前工艺设计人员计算焊材用量主要采用两种方式：一种是根据经验公式，利用 计算器粗略计算焊层面积来计算焊材用量；另一种是直接查找经验表来获得焊材用量。这 两种方式的直接结果是计算结果误差较大，导致焊材浪费，对一些大结构件特种材料产品 制造成本显著加大。该现象的本质原因是坡口形状复杂，同时不同厚度坡口截面面积计算 繁琐。
【发明内容】
[0004] 本发明涉及一种焊缝填充焊材消耗分层计算方法，它不但可以提高计算精度和计 算效率，简化了计算过程，而且实现焊缝分层焊材消耗计算的模块化。
[0005] 本发明采用了以下技术方案：一种焊缝填充焊材消耗分层计算方法，它包括以下 步骤：步骤一，首先分析常用坡口的形式和基本形状，建立双面双边U型对接坡口的参数模 型，该参数模型是焊接工艺设计中重要的基础数据；步骤二，将需要进行焊缝截面分解为四 部分，这样可以降低焊缝截面的截面面积整体计算难度，考虑到不同焊层厚度对焊缝截面 面积计算的影响，分别推导出各焊缝截面表达式；步骤三，根据中厚大结构件的多层多道焊 施焊过程中使用不同的焊接方法、焊接材料及焊接规范，需要计算不同焊层的焊材消耗，建 立焊缝多工序不同焊层截面面积计算模型和计算步骤；步骤四，根据不同焊层的焊材截面 面积计算算模型和计算步骤，设计基于迭代方法的计算算法的详细步骤，并应用到焊缝焊 材消耗计算工具模块中计算焊材的消耗。
[0006] 本发明步骤一中双面双边U型对接坡口的参数模型为： 为坡口单双边系数，盆痛:为双边坡口 L:为单边坡口，设上坡口为先焊面，下坡口为 后焊面，1为后焊面的坡口深度，表示坡口为单面，5为整个坡口厚度，分别为 上下坡口角度，:? A为上下坡口半径，为钝边高度，?::为组对间隙。本发明步骤二中 需要进行焊缝截面分解为四部分，这四部分为坡口横截面面积嫌)，间隙横截面面积為，焊 缝余高横截面面积^:，清根焊缝横截面面积_|，整体横截面面积; 当坡口为双面时，办=-? +办2 ;处=+及2 ;及=Al + ;其中:.:?' 由扇形、 梯形和三角形三个基本几何图形组成，分解的目的是通过计算四个局部单元面积来计算 整体截面面积，间隙横截面面积邊S ;清根截面同样采用近似计算= %心·心， 、心分别为清根宽度和清根高度。本发明步骤三设定三个焊层高度 闻餐 Ι:·?參和 翁^ 别计算出焊缝截面的面积，从而推导出焊缝面积的计算表达式。本发明步骤三焊缝多工序 不同焊层截面面积计算模型和计算任一焊层厚度截面面积的步骤为：即先计算从第 一层到第I层整个截面面积續:，然后减去前层截面总面积沒-i，即 对第I:层截面面积计算而言，需要利用前一步的历史计算数据4|?，提高了截面面积的计算 效率。
[0007] 本发明具有以下有益效果：本发明通过参数模型来统一描述接头坡口形状，运用 焊缝坡口截面面积参数化计算模型，为焊材消耗计算提供从坡口设计到焊材计算的方法， 这样不但计算精度高，效率明显提高，而且计算方便，使工作人员可以甩掉计算器。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明焊缝填充焊材消耗分层计算方法的流程图。
[0009] 图2为本发明双边双面U型坡口参数模型及演变图。
[0010] 图3为本发明双边双面U型坡口焊缝截面分解示意图。
[0011] 图4为本发明单面双边U型坡口（ δ f^Rd-sina ))。
[0012] 图5为本发明单面双边U型坡口（ δ f2> R(l-sina ))。
[0013] 图6为本发明焊缝截面面积分层计算参数模型。
[0014] 图7为本发明焊缝焊材消耗计算界面。
【具体实施方式】
[0015] 本发明公开了一种焊缝填充焊材消耗分层计算方法，它包括以下步骤：步骤一，首 先分析常用坡口的形式和基本形状，建立双面双边U型对接坡口的参数模型，该参数模型 是焊接工艺设计中重要的基础数据，双面双边U型对接坡口的参数模型为：丑为坡口单双 边系数，5 = 2为双边坡口，·cl:为单边坡口，设上坡口为先焊面，下坡口为后焊面，'为后 焊面的坡口深度，? = 〇表示坡口为单面，:i:为整个坡口厚度，兩分别为上下坡口角度， 鸟为上下坡口半径，笼为钝边高度，#为组对间隙；步骤二，将需要进行焊缝截面分解 为四部分，这样可以降低焊缝截面的截面面积整体计算难度，考虑到不同焊层厚度对焊缝 截面面积计算的影响，分别推导出各焊缝截面表达式，需要进行焊缝截面分解为四部分，这 四部分为坡口横截面面积3^，间隙横截面面积处，焊缝余高横截面面积^^.:，清根焊缝横 截面面积整体横截面面积丨=办+於+办+? ;当坡口为双面时，每=携斤:參^:; 衡=._.%:#备€ ;其中:??- 由扇形、梯形和三角形三个基本几何图形 组成，分解的目的是通过计算四个局部单元面积来计算整体截面面积，间隙横截面面积 1=? ;清根截面同样采用近似计算/? = Uw、心分别为清根宽度和清根高 度。；步骤三，根据中厚大结构件的多层多道焊施焊过程中使用不同的焊接方法、焊接材料 及焊接规范，需要计算不同焊层的焊材消耗，建立焊缝多工序不同焊层截面面积计算模型 和计算步骤，设定三个焊层高度劣e [0,巩I - sra α;))、私e [及(1 ~ sm a), 3 和寒夫 ，α为坡口角度，·为钝边高度，按照三个焊层高度分别计算出焊缝截面的面积，从而推导 出焊缝面积的计算表达式，焊缝多工序不同焊层截面面积计算模型和计算任一焊层厚度截 面面积1?的步骤为：即先计算从第一层到第f层整个截面面积枚，然后减去前Ii 1::层截 面总面积，即，对第f层截面面积计算而言，需要利用前一步的历史计 算数据提高了截面面积的计算效率；步骤四，根据不同焊层的焊材截面面积计算算 模型和计算步骤，设计基于迭代方法的计算算法的详细步骤，并应用到焊缝焊材消耗计算 工具模块中计算焊材的消耗。
[0016] 下面通过实施例进一步说明本发明： 实施例一，本发明具体的实现步骤如下： 步骤1 :在分析接头坡口形式和尺寸基础上，建立双面双边U型接头参数模型，如图2 所示，为坡□单双边系数，5 = 2为双边坡口，为单边坡口，设上坡□为先焊面，下坡 口为后焊面，％:为后焊面的坡口深度，$ =表示坡口为单面，·为整个坡口厚度，分 别为上下坡口角度，::?为上下坡口半径，尸为钝边高度，Ct为组对间隙。一些常见的 单、双面、对称坡口形式可以随双边坡口形状参数变化演变而来，图2为在双边双面对称U 型坡口表示基础上，当参数变化时演变为双边单面U型坡口，对其它类型坡口形状也可通 过参数变化获得； 步骤2 ;为了简化横截面面积计算将焊缝横截面面积分解成四个部分，用虚线部分 标识，如图3所示，坡口横截面面积办，间隙横截面面积丨為.，焊缝余高横截面面积為： ，清根焊缝横截面面积整体横截面面积力=;当坡口为双面时， :餘 ;=..務丨:十:.衡_:;..私.=_#紅本無炎；為6 个基本几何图形组成。分解的目的是通过计算四个局部单元面积来计算整体截面面积。间 隙横截面面积m=翁；清根截面同样采用近似计算~，I、&分别为清根宽 度和清根高度。关键是的计算，其对坡口填充焊材消耗的计算精度影响较大，较难 处理； 步骤3 :推导双边双面U型焊缝截面面积计算表达式。从规