EH36钢薄板对接焊接变形数值模拟
焊接变形的数值模拟及其应用研究
焊接变形的数值模拟及其应用研究一、引言焊接是加工工业中普遍应用的一种连接材料的方法，焊接强度高且结构更简单。
但随着焊接工艺和设备的不断进步，焊接变形成为制约焊接质量和效率的重要因素之一。
因此，综合考虑焊接变形模拟与应用是现代焊接研究的重要内容之一。
二、焊接变形的数值模拟技术对于焊接变形数值模拟技术的研究，其主要是通过有限元方法来实现。
有限元是一种计算机数值分析的方法，通过将具有复杂形状的结构划分为若干个小单元，综合考虑边界条件进行数值计算，并将结构的应变和应力分布进行可视化，从而研究结构的力学性质。
1.数值模拟的基本方法数值模拟的基本方法是将物理模型划分为网格单元，并在每个单元上考虑其内的物理过程，从而建立数学模型。
通常，执行数值模拟需要经过以下几个步骤：（1）建立具有完整物理性质的模型；（2）将模型划分成若干网格单元；（3）在各网格上考虑基本方程和边界条件；（4）求解各网格应变和应力等数值值；（5）将各网格的结果合并起来得到整个结构的应变和应力等数值分布。
2.有限元法有限元法（FEM）是一种将一个连续物体分解为一系列小块的计算方法，即把复杂的体系分割成一个个基本单元。
该方法对于计算结构静力学、动力学、热力学和流体力学等有广泛应用，因而也成为研究焊接变形的一个常用方法。
三、焊接变形的数值模拟分析在实际焊接过程中，由于热循环阶段的高温和残余应力的影响，常常引起焊接件的塑性变形，其途中产生的变形甚至能超出生产技术所容许的范围。
焊接变形不仅影响外观质量，还会影响焊接结构的性能和寿命，对于大型结构更为明显。
基于上文中所提到的有限元算法，通过对焊接变形机理的研究，可进行以下两方面的分析：1. 焊接变形分析焊接变形分析是研究焊接过程中产生变形的本质和形式，而这种变形是由于瞬态热源和温度场的影响而发生的。
定量分析焊接变形可以为制定设备厂商提供合适的工艺参数和焊后变形纠正措施的参考。
2. 焊接残余应力分析焊接传热过程中容易形成扭曲和残余应力等现象，不仅可能导致焊接材料的变形或裂纹等问题，还可能破坏焊接件的力学强度和疲劳寿命。
薄板结构焊接变形数值模拟及其应用
合失 稳模式 的假 定和 失稳 方程 ， 给 出 了一 种简 化 的 失稳变形 预测方法 。 将 固有应变 等效为热 载荷 ， 结合
有 限元 法对 低碳 钢薄 板对 接 焊 下 的失 稳 变 形进 行
２ ０ ０ ７ ｌ Ｆ ＷＴ 线性 ｌ ａ ｎ ｇ ｈ ａ Ｉ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ
２ 理 论 分 析 与 实 验 验 证
２ ． １ 实 验 方 法
试验 采用两块 ６ ０ ０ ｍ ｍｘ １ ５ ０ ｍｍ 低 碳 钢 板 进
与 非线 性 分 析 ， 讨 论 初 始 薄 板 不 平 整 度 的影
响， 对 分段结 构焊 接变形 进行预 测 。
１ 失 稳 变形 分 析 模 型
对 于碳 钢焊 缝 与热 影 响 区的热 膨 胀 系数 可 取值
区域 。
３ 有 限 元 分 析
３ ． １ 热载 荷 确 定
薄 板对 接焊 条件 下 ， 单位 长度 总 的纵 向 固有 应 变 （ 单位 ： ｃ ｍ ２ ） 表 示为ｔ ７ １
Ｗ： ０． ３ ５ ５ ． ＿ ．
，
根据上述假定 ， 只有焊缝和附近 的纵 向固有应变 不 为零 ， 并能作为结构 所受 的等效热载荷 ￡一 Ａ Ｔ 。
度ｖ ＝ ２ ｃ ｍ／ ｓ 。
表 １ 实 验 条件 与 结 果（ ６ ０ ０ ｍｉ ｎｘ ３ ０ ０ ｍｉ ｎｘ ３ ｒ ａ ｍ）
Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｔ ｅ ｓ ｔ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ
（ 【 Ｋ】 Ｓ 】 ） ｛ ） 产｛ ０ ） ， （ １ ） 式 中 【 Ｋ】 为 刚 度矩 阵 ． 【 Ｓ 】 为 初 始应 力 矩 阵 ； 为
１ ． ２ 等 效 热 载 荷
EH36厚板焊接工艺要求
深潜水母船EH36钢板加工、装、焊及验收技术要求为保证120mm厚EH36船板装焊件（以下简称EH36）的装、焊质量制定本要求，并作为（E36）的验收技术要求执行。
1.材料EH36船用高强钢板120*2400*91002．预处理2.1 钢板下料后单张钢板校平，钢板不平度小于2mm/m3. 钢板过度坡口3.1钢板过度坡口按图纸（附件1）要求执行。
3.2 钢板过度坡口应采用冷加工方法制出，接刀处应光顺过度，粗糙度小于0.15mm。
4. 钢板的组装4.1 钢板的焊接坡口应加工为U 形其要求及拼板组装见图纸（附件1）。
4.2 焊接坡口对接组装的不平度小于1mm。
4.3 点焊焊条J507φ4mm，点焊焊道长度不小于50mm。
点焊时应预热到规定温度。
4.5 安装同厚度、同坡口形式的引弧板。
5.焊接5.1焊工要求5.1.1须持有经船级社或压力容器颁发或承认的《焊工合格证书》的焊工方可施焊。
5.2焊前要求5.2.1 焊接材料及焊接参数见附件2。
5.2.2坡口两侧20～30mm打磨，清除油污、水分等；5.2.3焊剂必须经300～350℃焙烘1～2小时，领用焊剂不得超过4小时，在使用过程中须保证焊剂清洁；焊条按规定严格焙烘、领用。
5.2.4焊丝应干燥，无油、锈等；5.2.5焊接母材须以电加热方式预热至150～200℃,方可进行施焊。
5.3.焊接要求5.3.1凡每层焊道焊毕，均应保证焊道清洁，不得有夹渣、气孔等缺陷，如有缺陷，须立即消除后，方可施焊；5.3.2为避免焊接应力集中，每层焊道须保证向内圆滑光顺过度；5.3.3焊接过程中，应根据焊接变形量情况，调整正反面焊接顺序，以确保焊后平整度；5.3.4反面气刨清根确定无缺陷后，打磨至金属光泽，方可继续施焊；5.3.5构件正反两侧盖面焊接，均应采用退火焊工艺（即盖面焊道由两侧逐次焊至中间，保证最后一道盖面焊道居于盖面焊道正中）；5.3.6所焊构件，应连续施焊，一次焊毕。
焊接变形的数值模拟及优化
焊接变形的数值模拟及优化一、引言焊接是工程中常用的连接方式，但焊接过程中容易产生焊接变形。
焊接变形会影响构件的几何形状和尺寸精度，影响构件的力学性能和使用寿命，甚至会导致构件的失效。
因此，焊接变形的研究和控制对于保证构件的质量和可靠性至关重要。
二、焊接变形的成因焊接变形是由于热量作用引起的，主要有以下几个因素：1. 热应力：焊接时产生的热应力是导致焊接变形的主要因素。
焊接过程中，被加热区域与周围冷却区域温度差异大，会产生热应力，导致构件产生变形。
2. 材料的吸收和释放热量不均：焊接材料吸收和释放热量不均，也会导致构件产生变形。
3. 组合焊接：组合焊接中，不同材料的热膨胀系数不同，会导致构件产生变形。
4. 焊接接头的约束：未进行约束的焊接件，由于热应力作用，会产生变形。
三、焊接变形的数值模拟方法模拟法是预测焊接变形的主要方法。
常用的数值模拟方法有：1. 有限元模拟法：有限元模拟法是目前应用最广泛的一种方法。
它将焊接过程分成多个时间步骤，通过求解膨胀系数、界面温度、应力和变形加以模拟。
有限元模拟法的优点是可以精确计算各个变形量，可以对构件进行优化 design，但是计算复杂度较高，需要耗费大量时间和计算资源。
2. 数值解法：数值解法将焊接过程离散成若干网格，利用求解热传导方程和力学方程来计算温度场、应力和变形。
数值解法计算速度较快，计算过程较为简单，但是精度可能不如有限元模拟法。
3. 改进边界元法：改进边界元法是一种适用于模拟大型结构的方法。
它通过界面条件和位移边界条件来计算温度场、应力和变形。
改进边界元法计算速度快，而且计算精度较高，但是限于模型的准确性，只适用于特定结构的模拟。
四、焊接变形的优化方法为了降低焊接变形，常用的优化方法有：1. 焊接参数的合理选择：选取合适的焊接参数（如焊接速度、电弧电流、电压等）可以保证焊缝的质量，减小变形量。
2. 焊接布局的合理设计：合理布局焊缝可以减小变形量。
例如，直角焊缝变形量较小，可以作为焊接连接点；而纵向焊缝容易产生变形，尽量避免使用。
大型结构焊接变形数值模拟的研究与应用共3篇
大型结构焊接变形数值模拟的研究与应用共3篇大型结构焊接变形数值模拟的研究与应用1大型结构焊接变形数值模拟的研究与应用随着现代工业技术的不断发展，大型结构在各个领域中的应用越来越广泛。
例如船舶、桥梁、石油钻井平台、飞机、汽车、建筑等。
作为这些大型结构的连接方式，焊接技术的应用也越来越多。
然而，在焊接过程中，由于热引起的材料膨胀以及焊接受热区域结构变形等问题，往往会对焊接质量和结构强度产生不良影响。
因此，研究大型结构焊接变形数值模拟成为了一个重要课题。
大型结构焊接变形数值模拟的研究，一方面需要建立物理模型，另一方面需要进行数值计算，并对计算结果进行验证。
对于物理模型来说，模拟焊接过程中的温度场、应力场以及变形情况是关键。
考虑到热处理与材料本身的特性，采用有限元方法进行数值计算通常是最为合适的。
在数值计算时需要考虑各种因素对焊接变形的影响，如焊接参数、板厚、焊接材料、初始残余应力等，同时要选用适当的求解器和网格划分策略，以确保计算精度和计算效率的平衡。
该技术的应用不仅可以为大型结构的设计优化提供参考，而且对于大型结构的制造无缝连接以及提高焊接质量、延长结构的使用寿命也具有重要的意义。
较为实际的应用包括设计焊接修补方案、评估焊接连接的质量、研究焊接工艺的最优化以及研发新型焊接材料等。
此外，该技术还可以与其他先进技术相结合，如激光成形、加热与冷却、外加电磁场等，以进一步提高焊接质量，减少焊接变形，这对重要工程项目具有重大的意义。
需要指出的是，使用大型结构焊接变形数值模拟技术时，一定要结合实际，同时保证模拟的准确性和客观性。
因为模拟结果可能受到材料本身特性以及模型精度、模型假设等因素的影响，因此需要进行实验验证并根据实验结果对模拟结果进行修正。
此外，在实际工程应用中，预测焊接变形后也需要通过相应的工艺进行调整。
总之，大型结构焊接变形数值模拟的研究及应用一方面促进了现代工业技术的进步，另一方面也为制造及应用大型结构提供了可靠的技术支持。
EH36船用钢板垂直气电焊试验及分析
（ ％）
Ｎｂ Ｔ ｉ Ｍｏ Ｃｑ ｅ
验 ，以观察Ｔ Ｐ ＭＣ 钢的热输入敏感性程度 。
（ ）试验结果 ３ 从表４Ｔ Ｐ ＭＣ 钢冲击试验结果可以
得 出 ，４ 组试验均能 满足标准 要求 。但也 需要注意 当热
表３ ＭＰ Ｔ Ｃ钢化学成分 （ 质量分数 ）
热输入的 自动化焊 接工艺是提高效率 、质量最直接 的方 法 ，如 目前船 厂使 用较多的Ｆ Ｂ、垂直气 电焊等 。但是 Ｃ 在应 用大 热输 入焊 接 方法 时 ，钢材 的 品质要 求越 来越 高 ，对于以前使用较 多的普通轧 制钢 或正火钢 ，已不能
学成 分如表 １ 示 ，冲击吸收 功为２ ０。焊接材料 采用 所 ５Ｊ 神钢 Ｄ ｗ— ｓ ３ 。 ４Ｇ （）试验方法 本试验采用各船厂普遍应 用的垂 ２
ｌ５ １ ８ ８ ｌ ０ ９
１ ６ ６ ９
—
（
２ Ｏ
＝ ｍｍ） ７
２ ０ｌ
２
４ ３
６ ３
５ ３
２ ９
４ ４
３ ３
３ ８
８１
６ ６
（
＝２ ） １ｍｍ
注 ：１ 每一个冲击吸收功 由三个单 值 （ 值则有三值为 复试值 ）和平均值组成 ． 六
２ ６为装配间隙 。 ．
Ｉ 型 望皇型 曩 堕笪 堇
ｍ ｅａ ｗｏ ｋｎ ９ ０ ｃ ｒ ｔｌ ｒ ｉｇ１ ５ ．ｏ ｎ
参 加 磊 工热工
。 。
瓣
ｉ
¨ Ｌ ＿匿 塑墼 圜 冒
大 、熔合线冲击吸收功不满足要求 。
输入超过２０ Ｊｃ ，在根部熔合线或表面熔合线 出现 ０ ｋ ／ｍ时
焊接应力和变形的数值模拟研究
焊接是一种常见的金属加工工艺，它通常用于将两个或更多金属件连接起来。
在焊接过程中，金属会受到热量的影响，从而产生应力和变形。
为了更好地理解焊接过程中的应力和变形机理，以及预测焊接件的性能和寿命，数值模拟研究成为了焊接领域的研究热点之一。
1. 应力分布的数值模拟焊接过程中，焊缝和母材会受到热量的影响，产生应力。
通过有限元分析等数值模拟方法，可以准确地预测焊接件中的应力分布。
这对于避免焊接件的变形、裂纹和疲劳寿命的提高至关重要。
数值模拟可以帮助工程师优化焊接工艺参数，减少焊接应力，提高焊接件的质量和性能。
2. 变形控制的数值模拟除了应力之外，焊接过程中还伴随着焊接件的变形。
焊接变形可能导致产品尺寸的偏差，从而影响其装配质量和外观。
数值模拟可以帮助工程师预测焊接件的变形情况，优化焊接设计，减少变形产生的影响。
通过数值模拟，工程师可以选择合适的焊接序列、布局和残余应力的预处理方法，从而有效地控制焊接变形。
3. 焊接残余应力的数值模拟焊接过程中产生的应力不仅会影响焊接件的性能和寿命，还会导致焊接残余应力的存在。
焊接残余应力可能导致产品的破坏和失效，因此需要对其进行有效的控制。
数值模拟可以模拟焊接残余应力的分布和大小，帮助工程师选择合适的残余应力消除方法，如后续热处理、切割释应力等，从而提高焊接件的质量和可靠性。
总结数值模拟是研究焊接应力和变形的重要手段，通过数值模拟，工程师可以更好地理解焊接过程中的物理现象，预测和控制焊接件的应力和变形，提高焊接件的质量和性能。
相信随着数值模拟技术的不断发展和完善，焊接应力和变形的研究将会取得更加深入和全面的成果，为焊接工艺的改进和创新提供更可靠的技朧支撑。
在焊接工艺中，焊接应力和变形的研究一直是焊接工程领域的一个重要课题。
在实际工程中，焊接应力和变形的控制对于确保焊接件的质量、性能及使用寿命至关重要。
针对焊接过程中产生的应力和变形问题，数值模拟成为了研究人员以及工程师进行预测和优化的重要工具。
海洋平台用EH36厚钢板焊接接头的组织性能分析
焊后热处理
实测 平均
焊态
实测 平均
样 上 。１ 、 ３ 试 样 硬 度在 距离 熔合 线 ６ ｍｍ远 后 才趋 于稳 定 ， 而 试样 硬度在 距离 熔合线 ３ ｍ ｍ后 即趋 于 稳 定 。硬 度测 量结果 表 明 ： 焊 接接 头表 面 Ｈ Ａ Ｚ 宽度
区， 即细 晶区 。图 ４ ｄ 右边 出现 了大一些 的铁 素体 晶
粒， 说 明此 处 Ｈ Ａ Ｚ已由相变 重结 晶 区向不 完全 结 晶 区 过渡 。１ 样与２ Байду номын сангаас 的这种 组 织 差异 ， 是导 致 冲击
试 验 中焊 接 接 头表 面 韧性 普 遍 低 于心 部 相 应位 置
３ ＿ ２ 拉伸 及冲击 性能
的抗 拉 强 度 要 略低 于 １ 和３ ， 这 是 由于钢 板 本 身 厚度较厚 ， 在 轧 后 冷 却 和正 火 空 冷 时 ， 钢板 心部 的 高 温停 留时 间大于表 面处所致 。
表３ Ｅ Ｈ ３ ６钢 板 焊 接 接 头 抗 拉 强 度 ＭＰ ａ
是 由焊接 接 头 表 面与 心 部熔 合 线 形状 差 异 及散 热
度 ＨＶ ｌ Ｏ ￣２ ８ ０ ， 抗 拉 强度 ≥５ １ ０ ＭＰ ａ ， 一 ４ ０℃低 温 冲 击均值 ＞ １５ ０ Ｊ 。济钢 生 产 的 Ｅ Ｈ ３ ６ 特 厚 钢板 焊 接接
３３
析 认 为主要 原 因 ： 一 是 虽然两 个位 置 的焊接 线能 量
图２ 为焊 接接 头低倍 组织 ， 整个 焊缝 成型 良好 ， 直边 侧 熔 合 线 除 表 面 的盖 面 焊 道处 产 生 了轻微 的 “ 蘑菇” 形状 外 ， 其余 非 常平 直 。焊缝 直边 侧熔 合线
EH36高强钢焊接工艺评定
EH36高强钢焊接工艺评定（2G）、试板ABS —EH36 t=65mm65X250X600 一组两块（标示V）二、焊接设备CO2焊接三、焊接材料焊丝SQJ501 3Y （所用的材料必需要有ABS证书）保护气体CO2四、坡口形式五、焊接位置横焊六、装配装配钢板，焊缝间隙为0~2mm,定位焊条CHE50,© 3.2，焊在板正面，定位焊长度20~30mm,间距150~200mm。
七、焊前预热温度80C ~150C；层间温度< 150C；焊后保温缓冷八、焊接参数九、试样6001、试板取样图（1）试板取样前先要在取样部位打上ABS钢印（2）将焊缝刨至与试板表面齐平。
(3)用机械切割，相邻的两块试样中间隔10mm。
2、拉伸试样(1)拉伸试样加工后尺寸见下图。
(2)试板编号为V1，V2，V3，加工完成后编号钢印敲在40x30mm端面上。
舄1. _______________ 卫____________________ .(3)ABS钢印需要在加工时先进行转移3.侧弯试样(1)侧弯试样加工后尺寸见下图。
(2)试板侧弯试样编号为V4、V5、V6、V7 ,受拉伸的一边倒圆角1~2。
完工后将编号钢印敲在10X65mm端面上---------- ■C— W hJ__________________________________________________________________________________________ ■__________32' R1~2^35。
热处理数值模拟在焊接变形预测中的应用
热处理数值模拟在焊接变形预测中的应用热处理是金属材料加工过程中的一项重要工艺，通过控制金属材料的加热和冷却过程，使得材料的组织和性能得到优化和改善。
对于焊接过程而言，热处理不仅能够消除焊接接头中的应力和变形，还能改善焊接接头的力学性能和耐腐蚀性。
然而，由于焊接过程中复杂的热源和热传导过程，焊接接头的变形往往是难以避免的。
为了准确预测焊接接头变形，并提前采取措施进行矫正，热处理数值模拟成为一种重要的工具。
焊接变形是由于焊接过程中产生的热量对材料的影响引起的。
当焊接热源作用于金属材料时，局部区域产生高温，瞬间升温导致结构松弛，然后冷却下来，产生残余应力和变形。
这些残余应力和变形会对零件的功能和性能产生负面影响，导致尺寸不稳定和形状失真。
因此，通过数值模拟进行焊接变形预测，可以帮助工程师在实际生产中更好地控制工件的形状和尺寸。
热处理数值模拟在焊接变形预测中的应用是通过建立数学模型，模拟焊接过程中的热源、材料性质以及热传导过程，来预测焊接接头的变形情况。
这种方法可以提前发现设计或焊接工艺的不足之处，为工程师提供改进的方向，从而减少或消除焊接接头的变形。
在进行热处理数值模拟之前，首先需了解焊接接头的材料性质、热物理性质以及几何形状。
这些信息被输入到数值模型中，并通过数值方法求解热源的温度场和相应的热传导方程。
由此得到的温度场数据可以用来计算焊接接头的变形。
为了更加准确地模拟焊接接头的变形，数值模型还应该包括边界条件的设定和焊接接头材料的本构关系。
边界条件包括外部边界的冷却方式、外部环境的温度和焊接过程中的热输入条件等。
焊接接头材料的本构关系则描述了材料的应力-应变行为，可通过实验获得。
在数值模拟中，这些信息将被用来计算焊接接头在热加载和冷却过程中的应力场和变形。
采用数值模拟进行焊接变形预测具有以下优势：首先，数值模拟可以提供全局的变形预测结果。
焊接接头的变形往往是三维形状的，涉及到不同部位和方向的变形。
通过数值模拟，我们可以获得整个焊接接头的变形情况，从而更好地了解其变形特点。
EH36大线能量用钢焊接接头组织与性能研究
用钢进行 了大线 能量 埋弧 焊焊 接试 验 。 焊后 对焊接 接 头进行 了综合性 能测试和 微观 组 织分析 。
结 果表 明 。焊缝 表 面及 中心 部位 组织 由大量针 状铁 素体 、 少量先 共析铁 素 体和 少量 Ｍ— Ａ 组 元
ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｏ ｆ ｆ ｓ ｈ ｏ ｒ ｅ ｐ ｌ ａ ｆ ｔ ｏ ｒ ｍ， ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｂ ｍｅ ｒ ｇ ｅ ｄ ａ ｒ ｃ ｗｅ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｗ ｉ ｔ ｈ ｈ ｉ ｓ ｈ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ＥＨ３ ６ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ｗｉ ｔ ｈ １ ０ ０ ｍｍ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｆ ｏ ｒ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｏ ｆ ｓ ｈ ｏ ｒ ｅ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｗ ａ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ． Ａｆ ｔ ｅ ｒ
组 成 ．焊缝 接 头 具 有 良好 的韧 性 。接 头硬 度 测试 表 明 ， Ｅ Ｈ ３ ６大 线 能 量 用钢 在 １ ０ ０ ｋ Ｊ ／ ｃ ｍ 热 输 入 条件 下， 焊 缝及 热影 响 区具备 较好 的硬 度 ， 满足 热输入 条件 下焊接施 工条 件 。
关键词 ： Ｅ Ｈ３ ６钢 ； 大 线能量 ； 显微 组 织 ； 力学性 能 中图分 类 号 ： Ｔ Ｇ ４ ０ ７ 文献 标识 码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ６ — ４ ６ １ ３ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ３ — ０ ０ １ ４ — ０ ５
基于有限元软件的薄板焊接接头应力变形模拟
科学技术创新2021.141焊接温度场的分析理论在焊接过程中，焊接热输入和热传导对冶金过程、固态相变、组织性能和应力应变等都有重要的影响。
焊接是一个局部快速加热，然后部分熔化或者产生相变，并迅速冷却的过程。
随着焊接热源的移动，焊接部位温度场急速变化，材料的热学性能也急剧变化。
因此，焊接温度场分析属于典型的非瞬态热传导问题。
2热源模型在进行焊接温度场的数值计算时，研究人员通常把焊接热源简化为具有某种分布规律的热流密度函数，用于计算不同焊接过程的温度场。
在现有数值模拟过程中通常采用的热源模型有三种：高斯热源、双椭圆高斯热源、双椭球热源，在Marc 中采用的是Goldak 提出的双椭球热源模型，此模型中热流密度沿长轴呈高斯分布前半部分是1/4椭球，后半部分是3/4椭球。
3焊接应力场理论材料处于弹性或者塑性状态的应力应变为:式中：{D}为弹性或弹塑性矩阵;{C}为与温度有关的向量。
在塑性区，设材料屈服条件为：f （σ）=f 0（εp ，T ）式中：f 为屈服函数;f 0为与温度和塑性应变有关的屈服应力的函数。
4求解流程基于有限元软件MSC.MARC 的温度场和应力场分析流程图如图1所示。
5薄板焊接的有限元模型建立薄板焊接过程模拟计算所采用的焊板尺寸为1200mm*200mm*6mm,焊板由两块600mm*200mm*6mm 钢板焊接而成，为保证焊透，在钢板焊接边上加工600坡口。
5.1建立有限元网格模型5.1.1生成几何平面，全过程如下:MESH GENERATIONCURVESADD依次输入特殊点的坐标，则点将自动连成线，最后构成了对接接头的焊接模型面。
面分为三个部分：两块母材区和焊缝区，如图2所示。
图1有限元法分析焊接温度场和应力场流程图2几何平面5.1.2生成二维平面单元，具体过程如下：5.1.2.1设置种子点。
需注意的是设置种子点时应使焊缝附近区域的点分布相对密集，离焊缝远的区域分布相对稀疏。
因为无论是温度场还是应力场的分析计算对象都主要是焊缝及其附近区域。
基于数值模拟的钢结构平板对接焊残余应力参数研究
基于数值模拟的钢结构平板对接焊残余应力参数研究针对平板对接焊焊接时的热应力特征，采用高斯移动热源模式和通用有限元软件ANSYS进行了焊接温度场和应力场的耦合模拟分析。
分析中考虑了钢材热物理参数和力学参数随温度变化的非线性性能，得到了焊后残余应力的大小与分布规律。
建立了多组有限元数值模型，对比分析了焊接有效热功率、材料屈服强度、板厚和焊接速度对焊接残余应力的影响。
得到了焊接残余应力大小及分布规律与各焊接参数之间的关系。
Key words：flat plate of butt-welding; residual stress; numerical simulation; parameter study焊接已成为钢结构中最重要和最普遍的连接方式，但由于焊接过程中不均匀温度场使材料局部屈服，产生塑性变形，当温度恢复到初始均匀状态时，就会产生残余应力。
国内外研究表明焊接残余应力对于结构的静强度、疲劳强度、应力腐蚀等都有至关重要的影响[1，2]。
焊接残余应力大小和规律的评估具有重要的工程意义。
目前残余应力的测试手段很多[2]，并能达到一定的精度，但费时较长、经济耗费较大。
而随着有限元方法的不断完善和计算机运算能力的不断提高，数值模拟逐渐显示其优势，并能较准确的模拟焊接残余应力的形成过程[3]。
本文针对最常用的平板对接焊，采用ANSYS软件建立了多种不同焊接参数的三维有限元数值模型，采用间接耦合的方法对焊接温度场和应力场进行了数值模拟，对不同参数对残余应力大小和分布规律的影响进行了详细研究。
1.模型的建立1.1建模采用大型通用有限元软件ANSYS建立焊接结构的三维有限元模型进行弹塑性分析。
共设计了四组模型，分别用来确定焊接有效热功率，材料屈服强度，板厚、焊接速度对焊接残余应力的影响。
各组模型参数如表1-表4所示。
表1 不同焊接热功率有限元模型为减小计算量，考虑到对称性，建立半结构模型，如图1所示。
在焊缝附近，网格划分较小，在远离焊缝区域，单元可适当划大。
低碳钢薄板焊接变形的数值模拟
中文摘要摘要在交通运输行业，采用薄板钢结构和轻量化合金材料来提高耗燃率以达到减重和节能的目的已成为一种必然的趋势。
而熔化焊焊接技术作为一种高效的连接方式，已广泛应用与汽车、船舶等行业。
然而，采用传统的焊接方式，如熔化极气体保护焊、手工电弧焊等，来焊接薄板结构时，由于薄板接头刚度较低，在局部热作用下通常会产生较大的焊接变形，这是生产中常见的问题。
焊接变形不但影响结构尺寸的精准和外形美观，而且有可能降低结构的承载能力，也给装配过程带来障碍，后续的矫正工序也会增加生产成本及生产周期，有时也很难达到预期的效果。
因此，如何控制和减小变形具有非常重要的现实意义。
本文基于ABAQUS有限元分析软件建立了同时考虑材料非线性与几何非线性的热-弹-塑性有限元方法来模拟了低碳钢薄板的焊接温度场和变形。
同时采用弧焊机器人进行焊接实验，并采用高精度的三坐标测量仪测量了焊接变形。
所测得的试验结果充分验证了本文所开发的数值计算方法的有效性。
通过实验与数值模拟相结合的方法，阐明了大变形理论和小变形理论对薄板接头焊接变形模拟过程中的差异，澄清了外部拘束及拘束位置对焊接变形的影响，定量地比较了激光焊和CO2气体保护焊低碳钢薄板接头的焊接变形及残余应力分布。
最后，利用所开发的数值模拟方法预测了车门的焊接变形。
研究结果表明：对于低碳钢薄板焊接接头，在焊接过程中会产生明显的几何非线性现象，必须采用大变形理论才能获得较高精度的焊接变形结果；外部拘束对控制薄板接头的面外变形有效果，在本研究范围内外部拘束位置对薄板接头面外变形的影响似乎不十分明显。
本文比较了CO2气体保护焊和激光焊的焊接变形，结果表明激光焊可以显著降低薄板接头的焊接变形。
本文对CMT冷金属过渡的焊接焊接过程进行了数值模拟，结果表明采用CMT焊接工艺相对与CO2焊接方法而言前者能更有效地保护镀锌钢板表面的镀锌层，同时，由于CMT焊接的热输入小，能有效地减小焊接变形。
此外，本文还尝试了利用所开发的热-弹-塑性有限元方法模拟某公司的汽车车门焊接变形，取得的初步研究结果表明焊接数值模拟技术有助于分析和控制汽车制造过程中薄板结构的焊接变形，本文开发的数值模拟方法有潜在的工程应用价值。
EH36钢中厚板焊接焊缝表面成型控制研究
EH36钢中厚板焊接焊缝表面成型控制研究大连，大连船用阀门有限公司，116000摘要：由于以往承建的舰船主要是由较薄的钢板焊接而成，对中厚板焊接经验不足，特别是焊缝成型控制不理想。
本文通过对18mm厚的EH36钢进行焊接工艺评定试验，为将来承建的外板厚度为18mm～35mm的中厚板的船舶焊接施工提供技术支持。
在焊接工艺评定试验实施过程中由于坡口类型选择问题，致使焊接试样的焊缝表面成型质量总是不符合《船体焊缝表面质量检验要求》的相关规定。
经对焊缝表面缺陷进行分析，选择与板厚相适应的坡口类型，改善了表面成型质量，达到了标准要求。
关键词：EH36；中厚板；表面成型；坡口；焊接；一、引言本文通过对厚度为18mm的EH36级钢的焊接评定过程中产生的表面成型缺陷的问题进行分析，经过详细论证主要是因为坡口类型选取不适当，在查找出原因后，对中厚板焊接选择相适应的坡口类型进行优化，改正了此类缺陷。
二、造成焊缝表面成型不美观原因分析在此次焊评试验中出现的问题，主要是部分平对接试板和立对接试板焊缝表面出现焊缝波纹较粗、焊缝金属滴落形成焊瘤、两边焊缝熔合线弯曲不齐、焊缝焊道表面呈现出类似于哑铃状形态等问题。
由于焊缝表面成型不美观由很多原因引起，现将所有原因进行汇总，使用排除法找出这两种焊接试板发生这种情况的原因。
（一）试板坡口清洁度原因在焊评试验开始前已经使用砂轮机将所有焊接试板的坡口面和坡口两侧30mm范围进行打磨至见金属光泽，完全清除了表面污物和车间底漆，故而排除了表面清洁度对表面成型的影响。
（二）焊接规范的选用焊接正式试板前，在其它检验试板上进行了焊接规范的调整，焊接电流、焊接电压都已达到比较好的相互适应效果，在实际的焊接操作过程中，盖面时针对不同位置的焊接都采用了相同的电流、电压，所以排除焊接规范对表面成型的影响（三）焊接角度的原因焊接平对接焊缝盖面层时，焊枪与焊接试样表面形成的夹角约为70°～75°；焊接立对接焊缝盖面层时，焊枪与焊接试样表面形成的夹角约为100°～105°。
薄板对接焊三维应力场数值模拟
２ 有 限元 分 析
Ｑ ３ ２５ ３ ． ２
材 料 焊 条 直 径 表 １ 焊 接 工 艺参 数 焊接 速 度 ／ｒｍ・ ｉ ） （ ａ ｒｎ ａ 焊 接 电 流 ／ Ａ 电 弧 电 压 焊 接 层 数 ／ Ｖ
滴过 渡 的焊接 过 程 的 变形提 供 了有 效 的途 径和 方 法。 关 键 词 ： 薄板 对 接 焊 ； 焊接 变形 ； 三维 应 力 场 ； 数值 模 拟 中 图 分类 号 ：Ｔ ４ ７ Ｃ ４ ． Ｇ ０ ：Ｔ ４ ４ １ 文 献 标 志 码 ：Ｂ
应 力 ，得 到 的残 余 应 力 值 为 ２ ５６ ａ ２ ．１ ＭＰ 。焊 接 后 测
算 得 出相 应 的节点温 度场 数据 ，然后 代入应 力场 分析
中 ，计算 出相应 节点 的位移 值 ，再根 据相应 的热物 理 性能 参数计 算 出对应 的应力 分布 。为此 ，首先 建立 如 图 ２所 示 的模 型。将 焊缝分 为 ３层 ，每层层厚 度分别
为 １ ，１ ，２ｍ ． ５ ． ５ ｍ，坡 口形 式 为 Ｉ ，对 １ 间 隙 为 ４ 形 ： ３
３ 热 源 形 式 的 确 定
和实 际测量值 非 常吻合 。从 图 ４可 以看到 ，经过 充分 散热后 ，接 头 的温度与 室温一 致 。
４ 焊 接 温 度 场 及 应 力 场 分 析
分 别 选取 第 １层 焊 缝 ５ 的 温度 场 以及 最后 ４ｓ时
一
层 焊缝 焊接散 热结束 时 的温度 场截取其 云 图 ．如 图
图 ２ 平板 对 接 模 型 （ 部 ） 局
３ ，４所示 。从 图 ３可 以看 出 ，无 论 从 温度 的分 布还 是最 大值来 说 ，该焊接 温度 场都 与焊接温 度场理 论值
船用薄板焊接接头残余变形有限元模拟
船用薄板焊接接头残余变形有限元模拟陆雪冬;吴铭方;岑越;王欢;沈松培【期刊名称】《焊接学报》【年(卷),期】2012(033)005【摘要】运用热弹塑性有限元法,对不同焊接工艺条件下板厚6 mm的AH36钢薄板焊接接头残余变形进行了有限元模拟研究.结果表明,使用不同的焊接方法,纵向挠曲变形和角变形量发生显著变化,采用单一CO2气体保护焊,焊接残余变形量较小;采用CO2气体保护焊＋埋弧焊的混合焊方法,焊接残余变形量有所增大;在焊缝背面施加雾化水冷,可以有效控制焊接残余变形,尤其对于控制采用单一CO2气体保护焊的角变形成效显著.为了验证有限元模拟结果的准确性,采用与有限元模拟完全相同的工艺条件对AH36钢薄板进行了焊接残余变形试验,试验结果与数值模拟结论存在一定误差,但基本变化趋势一致,表明采用有限元模拟技术可以预测AH36钢薄板焊接残余变形.【总页数】4页(P45-48)【作者】陆雪冬;吴铭方;岑越;王欢;沈松培【作者单位】江苏科技大学材料学院,镇江212003;江苏科技大学材料学院,镇江212003;沪东中华造船（集团）有限公司,上海200129;沪东中华造船（集团）有限公司,上海200129;沪东中华造船（集团）有限公司,上海200129【正文语种】中文【中图分类】TG404【相关文献】1.厚壁316LN不锈钢管焊接接头中残余应力的有限元模拟 [J], 杨秦政;李晓延;张亮2.碳钢焊接接头腐蚀的有限元模拟 [J], 路永新;李霄;荆洪阳;徐连勇;韩永典3.P92钢多层多道焊接接头残余应力的有限元模拟 [J], 任森栋; 毕涛; 李索; 刘祥军; 王浩宇; 邓德安4.基于分区扫描策略的激光金属沉积短梁件残余变形有限元模拟 [J], 席嫚嫚;张佳佳;许可;占军坤;庞盛永5.铝合金薄板搅拌摩擦焊接残余变形的数值分析 [J], 鄢东洋;史清宇;吴爱萍;Juergen Silvanus;刘园;张增磊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
AH36薄板不同焊接工艺下应力的三维数值模拟
AH36薄板不同焊接工艺下应力的三维数值模拟吴铭方;陆雪冬;岑越;王欢【期刊名称】《焊接学报》【年(卷),期】2012(033)004【摘要】通过建立三维有限元模型,对不同焊接条件下6 mm厚AH36钢薄板焊接残余应力峰值和分布进行了数值计算和试验研究.结果表明,在冷却方式相同的情况下,焊接应力峰值与热输入相关,采用混合焊方法的试样应力较大;在焊接方法相同的情况下,不同冷却方式的纵向焊接应力分布规律不同.与常规焊相比随焊激冷改善了焊接残余应力场分布,尤其是降低了残余拉应力峰值.为验证有限元模拟结果的准确性,采用相同参数进行焊接试验,试验结果与数值模拟结果基本一致,表明采用三维有限元模拟技术可以掌握不同焊接条件下焊接应力演变规律,为控制焊接残余应力提供了依据.【总页数】4页(P25-28)【作者】吴铭方;陆雪冬;岑越;王欢【作者单位】江苏科技大学材料科学与工程学院,镇江212003;江苏科技大学材料科学与工程学院,镇江212003;沪东中华造船（集团）有限公司,上海200129;沪东中华造船（集团）有限公司,上海200129【正文语种】中文【中图分类】TG404【相关文献】1.相同焊接工艺条件下钢结构不同材质焊接件的残余应力分析 [J], 杨乾慧;贾奎;吕荣坤2.不同应力环境下断层地区构造应力场的数值模拟 [J], 胡基垣3.下颌后牙固定桥支持骨组织应力的三维有限元法分析Ⅲ.不同类型固定桥桥体下皮质骨应力的分析比较 [J], 唐亮;陈光谦4.全下颌牙种植固定义齿及支持骨应力的三维有限元分析——叶状种植体支持的义齿在不同加载方式下的应力研究 [J], 王政严5.不同应力状态下St14-T冷轧薄板本构关系研究 [J], 蒋浩民;陈新平;吴华;汪承璞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于ABAQUS的EH36海工钢气电立焊数值模拟研究
基于ABAQUS的EH36海工钢气电立焊数值模拟研究
江坤;刘芳芳;蒋健博;厉文墨
【期刊名称】《热加工工艺》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】为研究EH36海工钢气电立焊过程,以有限元软件ABAQUS为平台,建立了用于计算气电立焊焊接温度场和应力场的有限元模型。
采用椭球体热源与高斯面热源的组合热源模型并通过DFLUX子程序实现,通过生死单元技术来控制焊缝的填充加载,通过实测得到EH36钢的热物理性能参数,模拟了气电立焊焊接过程。
进行了焊接试验,并通过热电偶测得了焊板典型位置的热循环曲线。
结果表明:焊后横向残余应力在立板的中间区域为拉应力,在其余区域为压应力。
纵向残余应力在焊缝及其附近区域表现为较大的拉应力,而远离焊缝拉应力迅速衰减并过渡为压应力;计算得到的热循环曲线和焊缝形状与实际基本一致,表明了本文建立的气电立焊焊接模型的准确性。
【总页数】6页(P84-89)
【作者】江坤;刘芳芳;蒋健博;厉文墨
【作者单位】鞍钢集团北京研究院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG402;TG448
【相关文献】
1.EH36W50钢的气电立焊试验研究
2.新型EH36高强船板钢的气电立焊试验研究
3.基于埋弧焊的EQ51海工钢接头组织调控研究
4.EH36钢气电立焊热影响区温度场模拟
5.基于Fluent的钢-铝异种金属搅拌摩擦焊数值模拟研究
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Ｅ Ｈ３ ６ 船 用高 强 钢 力学 性 能 优 良 ， 近 年 来 广泛 应 用
关键词 ： 焊接变形
高 阶单 元
混合 热 源
Ｅ Ｈ ３ ６钢
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ４ ０ ４
０ 前
言
于船体 结构 中 ， 在 降低板 厚 、 减 轻 船 体 重 量 和提 高 船 体 强 度 等方 面 取得 了 较 好 的 效 果 。但 是 ， 板 厚 的 减 薄 也
带 来 了如翘 曲变 形 过 大 等焊 接 变 形 问 题 ， 不 仅 影 响 到 船 体 结构 的性 能 和 尺 寸 精 度 ， 同Ｈ １ ， － ｘ ￣ 后 续 焊 板 矫 正 和
［ ６ ］ 刘福广 ， 李太江 ， 王彩侠 ， 等． 焊后热 处理温 度对 Ｐ ９ ２钢 焊
（ １ ）正 火 ＋高 温 回火 热 处 理 使 得 接 头 的组 织 、 性 能得 到均 匀化 ， 接 头得 到较 好 的综合 性能 。 （ ２ ）多次高 温 回火热 处 理 对接 头 的 影 响更 多地 表 现在 对接 头 塑 性 及 韧 性 的提 升 ， 对 接 头 的强 度 影 响 不 大 。熔 合线 及焊缝 组 织 品界逐 渐清 晰 。 （ ３ ）接 头整 体正 火 ＋高 温 回火及 接 头 多 次高 温 回 火热 处理 只是实验 室 的探 究 试 验 。接 头 整 体 正火 ＋高 温 回火 在工 程 应 用 时 受 条 件 所 限无 法 实 现 ， 只 适 合 配 管 厂等有 整 体 热 处 理 条 件 的机 构 采 用 ； 接 头 多 次 高 温 回火热 处理 受 相 关 标 准 规 范 限制 ， 在 实 际 工 程 中应 用
充分， 随着 回火 次数 的增 加 ， 焊缝 组织 晶界 逐 渐清 晰 ， 焊
需 经 过严格 的焊接 工艺 评定后 方 能实施 。 参
［ １ ］ 丛 相州 ， 徐广信 ， 魏
考文Biblioteka 献 骁， 等． 超 超临界 机组 Ｐ ９ ２钢管 件 的
国产化研究 ［ Ｊ ］ ． 中国 电力 ， ２ ０ ０ ７ ， ４ ０ （ ７ ） ： １ ７— ２ Ｏ ．
［ ８ ］ 田锡 唐． 焊接结构 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 机械工业 出版丰 十， １ ９ ９ ７ ： ４ ７—
６１．
作者简介 ： 胡 海峰 ， １ ９ ８ ８年 出 生 ， 硕士研 究生， 焊 接 工程 师 、主 要 从 事 电站金 属 材 料 焊 接 工 艺研 发 、 高 效 焊 接 技 术 研发 、 结 构焊 接 接 头 失 效 分析 及 焊 接 修 复技 术 支持
Ｅ Ｈ３ ６钢 薄 板 对 接 焊 接 变 形 数 值 模 拟
上海 交通 大 学 船 舶 海 洋与 建筑 工程 学 院（ ２ ０ ０ ２ ４ ０ ） 沪 东 中 华 造 船 （集 团 ）有 限 公 司（ 上 海市
摘要
倪 连超 陈 陶 国君
震
２ ０ ０ １ ２ ９ ）
基 于 通 用 有 限元 软件 Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ ， 采用顺序 耦合 的热弹塑 性有 限元法研 究 了 Ｅ Ｈ ３ ６钢 薄 板 焊 接 变 形 问 题 。
通 过 建 立 ｊ 维 高 阶单 元 有 限元 模 型 和 采用 混 合 热 源 ， 对 Ｅ Ｈ ３ ６钢 薄 板 对 接 焊 过 程 进 行 数 值 模 拟 ， 并 开 展 相 关 焊 接 试
验， 实测 了薄板 的焊接变形 。结果表明 ： 数 值模 拟得到的焊接变形与试验值基本 吻合 ， 证明 了该 数值计算 方法 的可 靠性和高 阶单元在热 弹塑性 有限元分析 中的高效性 ； 薄板 焊接后发生显著 的面外变形 ， 应予 以控制 。
３ 结 论
［ ４ ］ 王根士 ， 栗卓新 ， 魏福 军 ， 等． Ｐ ９ ２钢 焊接 接头 性能 及其 焊 接材料研究进展 ［ Ｊ ］ ． 机械 工程 材料 ， ２ ０ ０ ８ ， ３ １ （ ８ ） ： １ — ４ ． ［ ５ ］ 李新梅 ， 张忠文 ， 杜 宝帅 ， 等． Ｐ ９ ２钢 回火 组织 与韧 性研 究 ［ Ｊ ］ ． 热加工工艺 ， ２ ０ １ ２ ， ４ １ （ １ ４ ） ： １ ９ ０—１ ９ ２ ．
ｒ
蜉掳 熔焊工艺及应用专题 乃
锄
。
火 ＋高 温 回火 的 焊 缝 组 织 晶粒 度 约 ８ ． ５级 ， 组 织 细 小 均匀 ； 经 历 了一 次 及 二 次 高 温 回火 的焊 缝 组 织 晶 粒 度 约７ ． ５级 ； 经 历 三 次 高 温 回火 的焊 缝 组 织 的 晶 粒 度 约 ６ ． ５级 。正 火 ＋高温 回火 下的细小 均匀焊缝 组织使 得接 头 的综合 性 能最 佳 。高 温 回火 并 没 有使 得 接 头 奥 氏体 化， 而是使得接 头在快 速冷 却 中残 留 的奥 氏体 转变 得 更
缝显微组织 和力 学性 能 的影 响 ［ Ｊ ］ ． 动 力工程学 报 ， ２ ０ １ １ ，
３ １ （ １ ０）： ８ ０ ３—８ ０ ８ ．
［ ７ ］ 崔忠圻 ， 覃耀 春．金属 学与 热处理 ［ Ｍ］ ． 北京 ：机械 丁 业
版社 ． ２ ０ ０ ８ ： ２ ７ ８— ３ ０ ４ ．
术 的研 究 ［ Ｊ ］ ． 中 国 电机 工 程 学 报 ， ２ ０ ０ ７， ２ ７ （ ２ ３ ） ： ５ ５— ６ Ｏ ．
缝 马 氏体组 织在 回火 中逐步 分解 成碳 化 物 ， 并 且逐 渐 长 大， 使得焊缝组 织 晶界 得 到 强 化 ， 组 织 本 身 的脆 硬 性 降 低 。所 以材料 的塑 性 、 韧 性得 到提 高 ， 强度 降低 。
［ ２ ］ 李 文彬 ， 姜运建 ， 张文建． Ｐ ９ ２钢 焊 接 接 头 存 在 的 问 题 及 防
范措施 ［ Ｊ ］ ． 河北 电力技术 ， ２ ０ ０ ８ ， ２ ７ （ ２ ） ： ３ ５— ３ ７ ． ［ ３ ］ 杨建平 ， 郭 军， 乔亚 霞． 超超 临界 机组 用 Ｐ ９ ２钢焊 接 技