结构件激光焊接工艺变形仿真

结构件激光焊接工艺变形仿真
摘要：随着工艺技术的不断发展，在激光焊接工艺当中，传统的焊接工艺分析在焊接的顺序及条件上都不能得到最优的方案，在焊接的过程当中，变形等问题的产生也会对结构件的质量产生影响。

为了进一步促进焊接质量的提升，就需要在焊接的过程当中借助专业的仿真技术，利用数据模拟分析来实现对焊接效率的提升，同时有效的控制焊接变形的问题。

因此，本文在研究当中，也将借助专业的仿真模拟软件，来实现对结构件激光焊接变形的仿真，进而更好的借助数据来实现对焊接工艺的优化，更好的减少焊接变形现象的产生，进而更好的满足生产的焊接需求以及质量要求。

通过仿真的结果可以发现，通过对焊接工艺的优化以及合适热源参数的选择，能够进一步控制激光焊接中结构件的变形参数，更好的提升焊接的质量。

关键词：结构件、激光焊接、工艺变形仿真
一、引言
随着工业化生产规模的不断扩大，在很多机械零件及结构件的制造当中，都需要借助到焊接工艺来完成器件的连接。

随着生产质量的不断提升，在焊接当中的工艺质量要求也越来越高，尤其是在激光焊接当中出现的结构件变形的问题，受到了很多工业的关注，目前很多工业也开始对焊接的顺序等进行优化，进而更好的减少焊接导致结构件变形的问题，更好的对焊接的质量及效率进行提升。

在对结构件焊接变形问题的分析当中，传统的焊接人员会借助试验，结合试验的结果来对焊接的顺序及工艺进行优化，但是这样不仅会耗费大量的成本，效率也不高，不能满足现代工业的发展需求，因此，在科技发展的推动下，人们开始借助专业的仿真软件来对结构件的激光变形问题进行分析，进而结合仿真的具体数据来实现对激光焊接的条件以及顺序的优化，进而更好的减少变形问题的产生[1]。

二、结构件激光焊接工艺变形仿真模型的建立
（一）结构件激光焊接工艺变形仿真模型分析
激光焊接主要是借助对局部的快速加热以及快速冷却来实现的，在焊接的过
程当中，一旦出现顺序不当或者条件不合理等现象，就会造成结构件变形的现象。

在本次仿真分析当中，主要是借助Visual-Weld 和 VisualViewer 软件对焊接过
程进行模拟仿真，仿真模拟的具体流程图如下图1所示。

通过专业的仿真软件来
实现对仿真数据的分析，进而结合仿真的结果来对激光焊接的变形问题进行优化[2]。

图1 结构件焊接工艺仿真流程图
（二）结构件焊接工艺变形仿真局部模型的建立
在本次仿真当中选择的是2 mm 厚的 30CrMnSiA 钢板拼接而成的结构件，为
了更好的促进仿真工作的开展，在仿真之前需要借助SolidWorks首先建立起结
构件的模型，在本次仿真当中，选择的结构件是由11个零部件共同焊接完成的，因此在焊接的过程当中焊接的顺序也是十分重要的。

同时结构件在焊接的过程当
中稳定性不够高，很容易受到焊接的影响，结构件自身就会产生变形等问题，因
此需要对焊接的顺序及条件进行分析，进而更好的减少焊接变形问题的产生[3]。

三、仿真模拟及分析结果
（一）薄壁件焊接顺序及约束条件优化
在本次研究当中，结合结构件的焊接要求，分析了三种焊接优化顺序，同时
针对这三种焊接顺序也进行了仿真，来研究哪一种焊接顺序对结构件变形的影响
最小。

其中不同的焊接顺序的仿真效果如下图2所示。

其中第一种是采用先焊接
主体再进行附件的焊接方法，如图2（a）所示，此时的最大焊接变形量是
0.893mm。

第二种是现焊接附件后进行主体焊接的方法，根据仿真图2（b）可以
发现此时焊接当中产生的最大变形量为0.851mm。

最后一种焊接方法是附件整体
交互焊接，此时的变形量最小为0.791mm，因此，确定了第三种为本次焊接的顺
序[4]。

（a）
（b）
（c）
图2 不同焊接顺序的仿真结果
除此之外，在本次焊接当中，结合焊接仿真的结果可以发现，在焊接的过程
当中，由于该结构件的左右侧板没有支撑的而导致变形问题的产生，因此，为了
更好的改善结构件变形的问题，在本次研究当中对该结构件的左右两侧进行了定位，在定位之后再次进行了仿真，得到的结果，得到了变形量只有0.338，很好
的解决了结构件激光焊接当中存在的变形等问题，也更好的满足了结构件的焊接
要求。

（二）焊接工艺对结构件焊接变形的仿真
在结构件的激光焊接当中国，焊接的工艺也是影响结构件变形的一大因素，
因此，本文也针对了不同的焊接工艺对结构件变形的影响进行了分析，进而更好
的确定变形量最小的焊接工艺。

如下图3所示，其中图（a）为P=1000W，
v=0.4m/min的焊接工艺仿真结果，最大的变形量为0.643mm。

图（b）为P=2000W，
v=3.5m/min的焊接工艺仿真结果，最大的变形量为0.467mm，图（c）为P=3000W，v=6.5m/min的焊接工艺仿真结果，最大的变形量为0.338mm，图（d）为P=4000W，v=8.0m/min的焊接工艺仿真结果，最大的变形量为0.370mm。

因此根据仿真结果
的数据，选择了P=4000W，v=8.0m/min的焊接工艺，能够满足结构件激光焊接生
产的要求[5]。

图
（a）图（b）
图
（c）图（d）图3 不同焊接工艺的仿真结果
（三）仿真模拟结果
结合仿真的结果，在本次试验当中选择了最优的焊接顺序以及焊接工艺，对
结构件进行激光焊接，在工艺及焊接顺序得到优化之后，结构件的变形量从1mm
减少到了0.3mm，更好的满足了结构件的焊接质量要求。

并且本次仿真模拟得出
的结果与实际的试验得出的结果也是一致的，也验证了本次焊接仿真数据的有效性。

因此，本文借助仿真得出的结构件焊接优化工艺及顺序，也能够在后期的生产当中投入使用，进而更好的来控制结构件在激光焊接当中的变形量，有效的促进结构件焊接质量的提升[6]。

四、结论
综上所述，通过本文的研究可以发现，在对结构件的激光焊接工艺以及顺序进行优化之后，整个结构将在焊接当中的变形量也得到了很大的解决，更加符合焊接的质量要求。

本文通过建立起结构件的仿真模型，采用专业的仿真软件对不同的焊接工艺及焊接顺序进行了数据仿真，最终得出了结构件激光焊接的优化方案，与焊接试验得出的优化方案也是一致的，很大程度上降低了结构件的变形问题，在工艺顺序以及技术优化之前，结构件的变形量严重影响了生产的质量，因此对其进行优化之后，结构件的焊接变形量能够降低到0.3mm，更好的保障了结构件激光焊接的质量以及效率，同时还提升了结构件的稳定性，促进了生产的顺利进行。

参考文献：
[1] 王永峰.AH36激光电弧复合焊工艺试验与数值仿真研究[J].电焊
机,2021,51(01):105-110+118+123.
[2] 吴东江,刘俊,唐博凯,刘德华,马广义,牛方勇,姚振强.工艺参数对哈氏合金薄板激光填丝焊接变形的影响[J].激光与光电子学进展,2020,57(13):221-227.
[3] 舒林森,王波,白海清,王家胜,陈建刚.工艺参数对304薄钢板激光焊接变形的影响[J].热加工工艺,2019,48(17):117-121+133.
[4] 李琴,王伟.应用Designer与HFSS对激光焊接工艺的联合仿真[J].铸造技术,2017,38(05):1192-1196.
[5] 刘佳,杨玉东,石岩,张宏,陈星.基于Visual-Environment的复杂结构薄壁件激光焊接工艺优化[J].机械工程学报,2017,53(14):150-158.
[6] 王升花.电磁熔池自动控制激光束焊接工艺及仿真[J].电焊机,2015,45(11):14-20.
作者简介：郑石雄 198406 男福建福安汉硕士焊接工艺经理
宁德时代新能源科技股份有限公司研究方向:焊接工艺。