焊接方法技术

本发明专利技术涉及焊接方法。具体而言，本发明专利技术涉及将两个相邻构件焊接在一起的方法。该方法包括确定待焊接的构件的几何尺寸和确定待焊接的构件的材料性质。该方法包括通过选择焊炬速度和电压的迭代参数来选择最佳的焊炬速度和电压，以及将在焊接过程期间在构件中生成的预计热通量分布计算为构件的几何尺寸和构件的材料性质的函数。热通量分布约束为初始焊接区域中的椭圆体和焊接的其余部分中的圆锥形。该方法包括使用迭代参数来迭代，直到获得最佳的焊炬速度和电压。焊炬然后设置成在所述确定的最佳速度和电压下焊接构件。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及焊接的方法和/或用于焊接的设备。
技术介绍
核电站的许多结构和组件通过将大型构件焊接在一起而制成。构件通常为厚壁构件，例如，10mm到350mm厚，其设计成满足核电站的过程要求和规章要求。核电站的压力容器通常具有大于或等于200mm的壁厚。这些厚壁构件的焊接需要设计成在运行状态期间保持构件的完整性。为了形成厚壁构件之间的接头，可能需要多个焊道。引起焊接过程在构件的焊接的中途停止的故障可导致构件报废。当构件之间的焊接(通常称为焊件)冷却时，应力仍存在，且构件从其原有形状扭曲。此残余应力影响所得的焊接结构的运行性能。具体而言，低温脆性破坏、疲劳、应力腐蚀开裂和屈曲可由焊件中的残余应力显著地加重。较大的核构件(诸如反应堆压力容器)的完整性较大地取决于在焊接过程期间引入的残余应力。诸如焊接过程的选择、凹槽几何形状和焊接参数的因素全部都促成最终应力状态。因此，重要的是，焊接过程正确地设计成确保最终构件满足核电站的过程要求。物理实验耗时且昂贵。因此，用于形成焊件的焊接过程通常借助于有限元分析来设计。焊接接头的瞬态温度场直接关于接头区域中的残余应力，特别是关于熔化区和热影响区的尺寸。因此，焊接过程的有限元热分析涉及关于运动中的高度集中的热源的热传递问题的解决方案。存在取决于诸如焊接过程的类型和焊接深度的因素使用的各种热源模型。然而，当前的模型都未足够准确地模拟用于核工业中的焊接的类型，例如，使用电弧焊接或者电子或激光束焊接来焊接的厚构件。
技术实现思路
在第一方面，提供了一种包括选择最佳的焊炬速度和电压(例如，通过选择焊炬速度和/或电压的迭代参数)的方法。将在焊接过程期间在构件中生成的预计热通量分布计算为构件的几何尺寸和构件的材料性质的函数。热通量分布约束为初始焊接区域中的椭圆体和焊接的其余部分中的圆锥形。该方法还包括优化(例如，通过使用迭代参数来迭代)，直到获得最佳的焊炬速度和电压。提到的具有圆锥形或椭圆体分布的热通量分布是指分别位于三维圆锥或三维椭圆体表面上的恒定功率密度的线。在第二方面，提供了一种方法，其包括使用训练的神经网络来选择最佳的焊炬速度和电压。神经网络通过将在焊接过程期间在构件中生成的预计热通量分布计算为构件的几何尺寸和构件的材料性质的函数来训练。热通量分布约束为初始焊接区域中的椭圆体和焊接的其余部分中的圆锥形。在第三方面，提供了一种方法，其包括将构件之间的局部焊接的形成期间形成的预计热通量分布确定为用来形成局部焊接的焊炬的速度和电压的函数、形成局部焊接花费的时间的函数，以及构件的几何尺寸和构件的材料性质的函数，其中热通量分布约束为初始焊接区域中的椭圆体和焊接的其余部分中的圆锥形。该方法还包括基于预计热通量分布计算地求解预计残余应力。在焊接过程期间生成的热通量可估计为在焊接的初始区域中具有双椭圆体分布，且在焊接的其余部分中具有双圆锥形分布。例如，圆锥形分布可认作是由在任何给定点处具有不同半径和/或不同的半径变化率的两个圆锥形成。各个圆锥的纵轴线可为平行的。各个圆锥的纵轴线可在焊接的位置处沿构件的厚度方向延伸。椭圆体分布可由在一个或多个位置处具有不同的最大轴向长度的两个椭圆体限定。例如，椭圆体可由笛卡尔坐标描述，其中半轴具有长度a、b和c。其中一个椭圆体的长度a、b或c中的一者或多者可不同于另一个椭圆体的对应长度a、b或c。热通量分布可估计为分成四个象限；一个象限为具有沿厚度方向变化的半径R1的圆锥的节段，一个象限为具有沿厚度方向变化的半径R2的圆锥的节段，一个象限为具有长度R3a、R3b、R3c的半轴的椭圆体的节段，且一个象限为具有长度R4a、R4b、R4c的半轴的椭圆体的节段。在第四方面，提供了一种将两个相邻构件焊接在一起的方法，其包括执行第一方面或第二方面的方法。该方法可包括确定待焊接的构件的几何尺寸。该方法可包括确定待焊接的构件的材料性质。该方法还可包括设置焊炬以在所述确定的最佳速度和电压下焊接构件。第四方面的方法可有助于改善构件的焊接的质量。此外，有可能减少用于焊接构件的生产时间，因为焊炬速度和电压的优化在一些情况下可导致较快的焊接，因为可消除过程中的一些冗余。在第五方面，提供了一种完成两个构件之间的局部焊接的方法，该方法包括确定待焊接的构件的几何尺寸；确定待焊接的构件的材料性质；以及确定用来形成局部焊接的焊炬的速度和电压以及形成局部焊接花费的时间。该方法还包括使用根据第三方面的方法确定由于形成局部焊接引起的预计残余应力。该方法还可包括将预计残余应力与阈值相比较，且(i)在残余用力高于预定阈值的情况下使所述构件报废，或(ii)在残余应力低于预定阈值的情况下热处理构件。例如，构件可在一定温度下且在确定为将在构件中确定的残余应力的函数的时间长度内热处理。第五方面的方法可提供关于构件的改善的信息，且在一些实施例中，该信息可在比现有技术中可能的更短时间段中提供。因此，可减少报废构件的数目，且还可减少热处理的时间。在现有技术中，由于花费太久来计算估计的残余应力，故构件通常在较长时间段内热处理以提高在焊接再开始之前缓解任何残余应力的置信度。该方法可包括使用第一方面和/或第二方面的方法来确定完成焊接所需的最佳电压和速度。神经网络可用来确定最佳的电压和速度。热应变可使用第一方法或第二方面的方法来计算，且可输入电子束失效的点。固件可计算最佳焊接输入参数以消除额外的热应变且利用再引发的电子束实现最佳的焊接。焊接过程再开始的开始位置可使用热通量分布来计算，热通量分布约束为初始焊接区域中的椭圆体和焊接的其余部分中的圆锥形。构件可使用电弧焊接来焊接。该方法可包括提供焊丝形式的填料材料。该方法可包括将焊接过程中使用的焊丝进给速度确定为预计热通量分布的函数。构件可使用电子束焊接或激光焊接来焊接。该方法可包括使用温度传感器在焊接过程期间测量构件的温度，且改变所述热通量分布为测得的温度的函数。例如，温度传感器(诸如热电偶)可设在构件上。该方法可包括计算校正因子，以及改变焊炬的最佳速度和电压为校正因子的函数。焊接准备的几何形状可确定为预计热通量分布的函数。该方法可包括将瞬态热场分析地计算为热通量分布的函数。瞬态热场(T)可与以下积分成比例：其中Q0cr、Q0cf、Q0Dr、Q0dr为分布的相应象限中的最大热通量；BT为x坐标中的热核(heat kurnel)；DT、DTe、DTc为y坐标中的热核；且LTr、LTf为z坐标中的热核。发现对瞬态热场分析求解显著地缩短处理时间。具体而言，当使用上述积分时，实验显示对瞬态热场求解的时间为大约1天。然而，当使用现有技术的方法时，对类似的焊接构件的瞬态热场求解的时间为大约8天。在第六方面，提供了一种设备，其包括至少一个处理器，包括计算机可读指令的至少一个存储器；该至少一个处理器配置成读取计算机可读介质，且引起第一方面、第二方面和/或第三方面中的任一者的方法的执行。在第七方面，提供了一种设备，其包括控制器以引起第一方面、第二方面和/或第三方面的方法的执行。在第八方面，提供了一种设备，其包括处理器电路以引起第一方面、第二方面和/或第三方面的方法的执行。在第九方面，提供了一种设备，其包括具有至少一个处理器和至少一个存储器的控制器、用于接收关于材料几何形状和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：通过选择焊炬速度和电压的迭代参数来选择最佳的焊炬速度和电压，将在焊接过程期间在构件中生成的预计热通量分布计算为所述构件的几何尺寸和所述构件的材料性质的函数，其中所述热通量分布约束为初始焊接区域中的椭圆体和焊接的其余部分中的圆锥形，以及使用所述迭代参数来迭代，直到获得最佳的焊炬速度和电压。

【技术特征摘要】
2015.05.28 GB 1509152.31.一种方法，包括：通过选择焊炬速度和电压的迭代参数来选择最佳的焊炬速度和电压，将在焊接过程期间在构件中生成的预计热通量分布计算为所述构件的几何尺寸和所述构件的材料性质的函数，其中所述热通量分布约束为初始焊接区域中的椭圆体和焊接的其余部分中的圆锥形，以及使用所述迭代参数来迭代，直到获得最佳的焊炬速度和电压。2.一种方法，包括：使用训练的神经网络来选择最佳的焊炬速度和电压；其中所述神经网络通过将在焊接过程期间在构件中生成的预计热通量分布计算为所述构件的几何尺寸和所述构件的材料性质的函数来训练，以及其中所述热通量分布约束为初始焊接区域中的椭圆体和焊接的其余部分中的圆锥形。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述焊接过程期间生成的热通量可估计为在所述初始焊接区域中具有双椭圆体分布，且在所述焊接的其余部分中具有双圆锥形分布。4.一种将两个相邻构件焊接在一起的方法，所述方法包括：确定待焊接的构件的几何尺寸；确定待焊接的构件的材料性质；执行权利要求1或2所述的方法；以及设置焊炬以在所述确定的最佳速度和电压下焊接所述构件。5.一种完成两个构件之间的局部焊接的方法，所述方法包括：确定待焊接的构件的几何尺寸；确定待焊接的构件的材料性质；确定用来形成所述局部焊接的焊炬的速度和电压以及形成所述局部焊接花费的时间；确定由于所述局部焊接的形成引起的预计残余应力，将所述局部焊接的形成期间在所述构件中生成的预计热通量分布预测为所述构件的几何尺寸和所述构件的材料性质的函数，其中所述热通...

【专利技术属性】
技术研发人员：TF弗林特，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB