【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于焊接，更具体地说，是涉及一种考虑等离子焊接工艺关键参数及加载方式的钛合金焊缝疲劳寿命预测方法。
技术介绍
1、随着材料科技的飞速发展，钛合金在航空航天、武器装备、医疗装备以及核电领域均有广泛的应用。在航空航天领域，钛合金被用于制造飞机机身、机翼、蒙皮等部件；在武器装备领域，用于牵引火炮、自行火炮和装甲车辆等；在医疗领域，用于生物医学器械的制造；在核电领域，用于制造核电设备。由于钛合金材料多用于高科技领域的复杂结构件中，这些构件往往形状复杂，对连接精度、强度以及耐久性要求较高。而焊接工艺较于其他连接方式更能满足钛合金构件的多类要求，实现高效、高质量的连接。随着等离子焊接工艺的应用与研究发展，越来越多的研究表明，焊接过程中，由于各种工艺因素的影响，构件在焊缝处可能会产生如裂纹、未熔合、气孔、夹渣等缺陷的存在，使构件焊缝处在承受交变载荷时，更容易产生疲劳裂纹，降低了焊缝的强度和韧性，进而可能会发生疲劳断裂，影响疲劳寿命。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种考虑等离子焊接工艺关键参数及加载方式的钛合金焊缝疲劳寿命预测方法，可预测焊缝结构在复杂载荷应力谱作用下的疲劳寿命，对结构疲劳性能进行完整准确地评估；还可以为焊接工程师提供指导，帮助优化焊接设计、选择合适的焊接工艺，以及采取相应的焊接后处理措施，以提高焊缝结构的疲劳性能和延长其使用寿命。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
3、一种考虑等离子焊接工艺关键参数及
4、优选地，通过控制焊接工艺参数，并使用新研发的组合式焊缝缺陷检测方法，检测已知工艺参数的焊接构件内部缺陷全信息，包括以下内容：
5、m1：确定并离散化焊接工艺参数，焊接工艺参数包括焊接电流、焊接速度、等离子气流量，选用最接近实际工作条件的工艺参数组合进行等离子焊接试验；
6、m2：采用相阵超声检测方法对主要焊缝结构沿其长度进行微观缺陷测量；针对几种不同的工艺工况，获取等离子焊的焊接缺陷并进行分类；基于相阵超声检测结果，直接或间接获取焊缝微观缺陷的描述性参数，即有效焊缝宽度、有效焊缝深度和有效焊缝截面面积等，；
7、
8、edj,i＝g[zj,i,ti] (2)
9、
10、其中，i表示缺陷的类型序号，ti表示焊缝缺陷类型；j表示同一构件ti缺陷类型下的第j个缺陷，和表示ti缺陷类型下的第j个缺陷的起始与终止位置，zj,i表示ti缺陷类型下的第j个缺陷的深度位置，ewj,i表示焊缝缺陷类型i下第j个缺陷的有效焊缝宽度，edj,i表示焊缝缺陷类型i下第j个缺陷的有效焊缝深度，eaj,i表示焊缝缺陷类型i下第j个缺陷的有效焊缝截面面积，f代表描述焊缝缺陷类型i下第j个缺陷的有效焊缝宽度与焊缝缺陷类型以及其缺陷类型下的第j个缺陷起始与终止位置二者相关，g代表描述焊缝缺陷类型i下第j个缺陷的有效焊缝深度与焊缝缺陷类型以及其缺陷类型下的第j个缺陷的深度位置二者相关，h代表描述焊缝缺陷类型i下第j个缺陷的有效焊缝截面面积与焊缝缺陷类型以及其缺陷类型下的第j个缺陷起始与终止位置和焊缝缺陷类型以及其缺陷类型下的第j个缺陷的深度位置三者相关；
11、m3：基于前两步骤的量化分析，可获得工艺参数，即焊接电流、焊接速度与等离子气流量，以及焊缝微观缺陷的描述性参数，缺陷参数与相关工艺参数间的关系可用下式表示
12、
13、其中，r表示pearson相关系数，|r|越接近1，则关联性越高，|r|越接近0，则关联性越低；xi表示输入工艺参数值；yi表示输出焊缝微观缺陷描述性参数值；表示输入工艺参数平均值；表示输出焊缝微观缺陷描述性参数平均值；
14、以高关联工艺参数为输入，每类焊缝缺陷的描述性参数均值为输入，通过多元回归方法，建立输入与输出间的数学模型
15、
16、
17、
18、其中，i表示焊接电流，v表示焊接速度，qv表示等离子气流量，表示焊缝缺陷类型i下的有效宽度，表示焊缝缺陷类型i下的有效深度，表示焊缝缺陷类型i下的有效焊缝截面面积，hi代表描述焊缝缺陷类型i下的有效焊缝宽度与焊接电流、焊接速度以及等离子气流量三者相关，mi代表描述焊缝缺陷类型i下的有效焊缝深度与焊接电流、焊接速度以及等离子气流量三者相关，ni代表描述焊缝缺陷类型i下的有效焊缝截面面积与焊接电流、焊接速度以及等离子气流量三者相关；
19、基于不同工况，可得到每类缺陷对应的描述性参数均值，在均值上加入噪音，使得其分布与上一步统计数据一致，则可获得微观缺陷参数的随机模型，用于之后的分析。
20、优选地，通过关联性分析与随机性建模方法，建立工艺参数与焊接构件缺陷信息之间的数据模型，包括以下内容：
21、n1：获取焊缝材料的各项材料性质，进行材料试验和疲劳试验；进行的试验包括拉伸试验、三轴应力试验、裂纹尖端张开位移试验、裂纹扩展试验；
22、n2：基于多载荷工况下，进行焊缝结构疲劳力学性能试验；
23、n3：基于上述试验所得材料性能与几何性质，建立高精度数值模拟模型并进行有限元疲劳强度分析；
24、n4：考虑到含有微观缺陷的结构焊缝疲劳失效模式通常体现为断裂失效，因此，为了模拟该断裂失效模式，研究焊缝微观缺陷对其疲劳强度、寿命的影响，需要进行等效初始裂纹假定；
25、n5：为分析不同工艺参数产生的焊缝缺陷在不同载荷工况下对构件疲劳寿命以及失效模式的影响，基于强离散性工艺的焊缝微观缺陷随机模型的基础上，需对微观缺陷描述性参数、载荷工况与等效初始裂纹几何参数三者进行数学关系的表征并建立对应的数学模型，进而将等效初始裂纹参数加载至有限元模型进行裂纹扩展计算及疲劳寿命预测，从而完成考虑了工艺参数与载荷工况下的焊缝疲劳力学性能的预测方法；采用以下具体步骤：
26、①结合断裂力学和统计学方法，将处理试验结果后得到的微观缺陷描述性参数、确定的载荷工况以及等效初始裂纹的几何参数进行表征，构建三者的数学关系；
27、
28、
29、
30、
31、
32、其中，x0,y0为等效初始裂纹位置的坐标，a0为等效初始裂纹深度，b0为等效初始裂纹长度，θ0为等效初始裂纹方向；
33、l代表描述等效初始裂纹位置的坐标x0与焊缝缺陷类型i下的有效宽度有效深度有效焊缝截面面积以及水平荷载px、纵向荷载py、竖直荷载pz、水平偏心距ex、纵向偏心距ey、竖直偏心距本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑等离子焊接工艺关键参数及加载方式的钛合金焊缝疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括三部分：首先，通过控制焊接工艺参数，并使用组合式焊缝缺陷检测方法检测已知工艺参数的焊接构件内部缺陷全信息；然后，通过关联性分析与随机性建模方法，建立工艺参数与焊接构件缺陷信息之间的数据模型；最后，通过疲劳实验与高精度模拟，建立考虑工艺参数和加载形式下的钛合金疲劳寿命的预测方法。
2.根据权利要求1所述的考虑等离子焊接工艺关键参数及加载方式的钛合金焊缝疲劳寿命预测方法，其特征在于，通过控制焊接工艺参数，并使用新研发的组合式焊缝缺陷检测方法，检测已知工艺参数的焊接构件内部缺陷全信息，包括以下内容：
3.根据权利要求2所述的考虑等离子焊接工艺关键参数及加载方式的钛合金焊缝疲劳寿命预测方法，其特征在于，通过关联性分析与随机性建模方法，建立工艺参数与焊接构件缺陷信息之间的数据模型，包括以下内容：
4.根据权利要求3所述的考虑等离子焊接工艺关键参数及加载方式的钛合金焊缝疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤N3中，建立有限元模型步骤如下：
5.根据权利要求3所
6.根据权利要求5所述的考虑等离子焊接工艺关键参数及加载方式的钛合金焊缝疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤b3中，通过对比仿真模型计算出的疲劳力学性能与构件疲劳试验所得实际疲劳力学性能，以此验证与修正等效初始裂纹，验证及修正方法如下：
7.根据权利要求6所述的考虑等离子焊接工艺关键参数及加载方式的钛合金焊缝疲劳寿命预测方法，其特征在于，通过疲劳实验与高精度模拟，进行考虑工艺参数和加载形式下的TC4钛合金疲劳寿命的预测步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种考虑等离子焊接工艺关键参数及加载方式的钛合金焊缝疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括三部分：首先，通过控制焊接工艺参数，并使用组合式焊缝缺陷检测方法检测已知工艺参数的焊接构件内部缺陷全信息；然后，通过关联性分析与随机性建模方法，建立工艺参数与焊接构件缺陷信息之间的数据模型；最后，通过疲劳实验与高精度模拟，建立考虑工艺参数和加载形式下的钛合金疲劳寿命的预测方法。
2.根据权利要求1所述的考虑等离子焊接工艺关键参数及加载方式的钛合金焊缝疲劳寿命预测方法，其特征在于，通过控制焊接工艺参数，并使用新研发的组合式焊缝缺陷检测方法，检测已知工艺参数的焊接构件内部缺陷全信息，包括以下内容：
3.根据权利要求2所述的考虑等离子焊接工艺关键参数及加载方式的钛合金焊缝疲劳寿命预测方法，其特征在于，通过关联性分析与随机性建模方法，建立工艺参数与焊接构件缺陷信息之间的数据模型，包括以下内容：
4.根据权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵曦，贾安多，王雪峰，柳月，张骄扬，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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