基于“局部-整体”映射法的焊接装配变形数值仿真

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焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟

焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于各个行业。

然而，在焊接过程中，产生的焊接变形和残余应力往往会对工件的性能和质量造成一定影响。

因此，在焊接技术培训中，对焊接变形和残余应力进行数值模拟分析具有重要意义。

本文将探讨焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟方法，并分析其应用前景。

一、焊接变形数值模拟焊接变形是指在焊接过程中，由于热引起的热应力和相变引起的力学应力而引起的构件变形现象。

为了准确预测焊接变形的情况，可以采用有限元数值模拟方法。

有限元数值模拟方法是一种将实际工程问题离散化为有限个简化的小单元进行计算的方法。

在焊接变形数值模拟中，首先需要建立焊接过程的热力耦合模型。

通过考虑焊接热源的热输入、热传导以及材料的相变特性等因素，可以准确地模拟焊接过程中的温度场变化。

然后，根据热力耦合模型，引入材料的本构关系和相变模型，可以计算得到焊接过程中的变形情况。

在数值模拟中，可以通过调整热源功率、焊缝几何形状以及材料的初始状态等参数，来对焊接变形进行优化。

此外，在数值模拟中还可以分析焊接变形对工件性能的影响，以指导焊接技术的改进和优化。

二、残余应力数值模拟焊接过程中产生的残余应力是指焊接完成后，由于焊缝区域的热胀冷缩差异而引起的应力。

残余应力的存在会降低工件的疲劳寿命和强度，甚至引发裂纹等问题。

因此，对焊接过程中的残余应力进行数值模拟分析是十分重要的。

在焊接残余应力数值模拟中，一般采用后处理方法来分析残余应力的分布和变化。

通过将焊接过程中的温度场和应力场输入到数值模拟软件中，可以得到焊接残余应力的分布情况。

同时，可以通过调整焊接参数和材料性质等因素，来研究焊接残余应力的变化规律。

在实际工程应用中，焊接残余应力数值模拟可以用于评估焊接工艺的可行性，为焊接工艺参数的选择提供依据。

此外，还可以通过优化焊接过程来减小残余应力的产生，提高工件的使用寿命和安全性。

三、数值模拟应用前景焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟方法，在实际应用中具有广阔的前景。

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。

基于SYSWELD的轨道车辆大型结构件焊接变形数值模拟

基于SYSWELD的轨道车辆大型结构件焊接变形数值模拟万里;赵延强;何晓龙;赵瑞荣【摘要】The welding of CATIA type large-scale structural parts of railcar was simulated by SYSWELD software.The welding deformation measured by the deformation cloud was compared with the pre-production welding deformation.The results show that the trend of SYSWELD software simulation is consistent with the pre-production welding deformation;therefore it can be used to forecast the trend of welding deformation of large structural parts,reduce greatly the pre-production cycle and cut the cost.%应用SYSWELD软件对CATIA格式轨道车辆大型结构件进行焊接仿真模拟,通过变形云图测量出焊接变形量,并与预生产焊接变形量进行对比.结果表明,SYSWELD软件模拟与预生产焊接变形趋势一致,能够用于大型结构件焊接变形的趋势预测,可大大缩短焊接预生产周期,减少成本.【期刊名称】《机械制造》【年(卷),期】2017(055)009【总页数】4页(P69-72)【关键词】计算机;结构件;焊接;模拟【作者】万里;赵延强;何晓龙;赵瑞荣【作者单位】中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000;中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000;中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000;中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000【正文语种】中文【中图分类】TH131.2;TG404随着国内外轨道交通的飞速发展，对车辆制造技术的要求越来越高，枕梁等车体结构中的关键大型复杂厚板结构件在焊接后需要调整矫正焊接残余变形［1-2］，会影响结构强度、车辆运营安全及产品制造周期。

焊接过程中的数值模拟与仿真技术

焊接过程中的数值模拟与仿真技术引言焊接是一种常见的金属加工方法，广泛应用于制造业领域。

然而，在焊接过程中，由于高温、高压和复杂的热力学环境，焊接工艺参数的选择和优化往往存在一定的挑战。

因此，借助数值模拟与仿真技术来模拟、预测和改善焊接过程已经成为焊接工程师的重要工具。

本文将介绍焊接过程中的数值模拟与仿真技术及其应用。

数值模拟与仿真技术的原理和方法数值模拟与仿真技术是利用数学方法和计算机技术对焊接过程进行模拟和预测的一种手段。

它基于物理学原理和数学方程，将焊接过程分解为多个离散的时间和空间步骤，并通过建立数学模型来描述焊接过程中的各种物理现象。

数值模拟与仿真技术的主要原理和方法包括：1. 热传导方程模型热传导方程模型是数值模拟与仿真技术中最基本的模型之一。

它基于热传导原理，通过建立热传导方程来描述焊接过程中热量的传递和分布。

该模型可以准确地预测焊接过程中的温度场分布和热应力分布，为焊接工艺参数的优化提供重要参考。

2. 流固耦合模型焊接过程中存在流体流动和固体熔化的复杂耦合现象。

为了更准确地模拟焊接过程，可以建立流固耦合模型。

该模型基于流体力学和固体力学原理，同时考虑熔化金属的流动和固体材料的变形。

通过该模型，可以分析焊接过程中的速度场、应力场和变形场等关键参数，为焊接过程的优化提供依据。

3. 相变模型焊接过程中熔化金属会发生相变，而相变过程对焊接接头的性能和质量具有重要影响。

为了准确预测焊接接头的相变行为，可以建立相变模型。

相变模型基于热力学和相变动力学原理，通过数学方程描述金属的熔化和凝固过程。

利用相变模型，可以研究焊接接头的晶体结构和应力分布，从而提高焊接接头的强度和可靠性。

4. 材料性能模型焊接过程中材料的热物理性质和机械性能会发生变化，对焊接接头的质量和性能产生重要影响。

为了更好地预测焊接接头的材料性能，可以建立材料性能模型。

材料性能模型基于材料力学和热学理论，通过数学方程描述材料在焊接过程中的变化规律。

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。

焊接质量控制中焊缝焊接变形的数值模拟分析

焊接质量控制中焊缝焊接变形的数值模拟分析焊接是金属结构连接中常用的一种方法，但焊接过程中产生的热量和应力往往会导致焊缝的变形，从而影响焊接质量。

因此，在焊接过程中进行焊接变形的数值模拟分析是非常重要的。

本文将使用数值模拟方法对焊接质量控制中焊缝焊接变形进行分析。

一、数值模拟方法的选择数值模拟方法是通过计算机对焊接过程进行仿真，可以提供焊接过程中的温度场分布和应力场分布，进而预测焊缝的变形情况。

在本文中，我们选择有限元方法进行数值模拟。

有限元方法是一种广泛应用的数值计算方法，通过将焊接过程划分为离散的有限元素，对每个元素进行计算得到温度场和应力场的分布。

二、建立焊接模型在进行数值模拟之前，需要建立一个逼真的焊接模型。

首先，根据具体的焊接工艺和焊接材料选择适当的焊接参数和材料参数。

其次，根据焊接结构的几何形状和尺寸，建立三维几何模型。

最后，根据焊接方式和边界条件，定义模型的边界和约束条件。

三、计算焊接过程中的温度场分布通过有限元分析软件，我们可以计算出焊接过程中的温度场分布。

在数值模拟中，可以根据焊接材料的热传导性质和焊接参数来计算瞬态温度场。

瞬态温度场计算完成后，可以得到焊接过程中的最高温度和温度分布情况。

四、计算焊接过程中的应力场分布在焊接过程中，热量的集中和膨胀冷却会导致焊接结构产生应力。

通过计算焊接过程中的瞬态应力场分布，可以得到焊接结构在焊接过程中的最大应力和应力分布情况。

在数值模拟中，可以考虑焊接结构的塑性行为和材料的非线性特性，从而得到准确的应力场分布。

五、预测焊缝的变形情况根据焊接过程中的温度场和应力场分布，可以预测焊缝的变形情况。

焊缝的变形通常表现为拉伸、收缩、扭曲等形式。

通过数值模拟，可以计算出焊缝的变形量和变形分布情况。

根据变形情况，可以判断焊接质量是否符合要求，并根据需要进行调整和改进。

六、优化焊接参数和结构设计通过数值模拟分析，我们可以得到焊接过程中的温度场、应力场和焊缝变形情况。

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。

焊接应力和变形的数值模拟研究

焊接应力和变形的数值模拟研究焊接应力和变形的数值模拟研究摘要：焊接是一种重要的金属连接方式，在工程领域得到广泛应用。

然而，焊接过程中产生的应力和变形可能会导致焊接接头的质量不达标或功能失效。

为了实现高质量的焊接，数值模拟成为了研究焊接应力和变形的重要工具。

本文通过对焊接过程中应力和变形的数值模拟研究进行总结和分析，旨在深入探讨焊接过程中应力和变形的产生机制和影响因素，为实现高质量的焊接提供理论指导和工程应用建议。

1. 引言焊接是一种通过热和压力将金属材料连接在一起的加工工艺。

焊接过程中，由于高温和热应力的作用，焊接接头容易产生应力和变形。

这些应力和变形可能会影响焊接接头的力学性能和寿命，甚至导致焊接接头的破裂。

因此，研究焊接应力和变形的产生机制和特性，对于确保焊接接头的质量和可靠性具有重要意义。

2. 焊接应力和变形的数值模拟方法数值模拟是研究焊接应力和变形的有效手段之一。

常用的数值模拟方法包括有限元方法、有限差分法、边界元方法等。

其中，有限元方法是最常用的数值模拟方法之一，具有计算精度高、计算效率高等优点。

本文将主要以有限元方法为基础，进行焊接应力和变形的数值模拟研究。

3. 焊接应力和变形的产生机理焊接过程中，应力和变形的产生主要是由于以下几个因素的综合作用：焊接热源的热输入、材料的热物理性质、焊接接头的几何形状等。

具体而言，焊接热源的热输入会引起焊接接头的温度场分布的变化，从而导致焊接接头内部发生热膨胀或热收缩，产生应力和变形。

另外，焊接接头在冷却过程中也会发生冷却收缩，进一步增加焊接接头的应力和变形。

4. 焊接应力和变形的影响因素焊接应力和变形的程度和特性受多种因素的影响，包括焊接接头的几何形状、材料的物理性质、焊接过程的参数等。

焊接接头的几何形状对于焊接应力和变形的分布和大小具有重要影响。

一般来说，焊接接头的几何形状越复杂，焊接应力和变形的程度越大。

材料的物理性质也会影响焊接应力和变形的特性，包括热膨胀系数、热导率等。

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。

核电SC结构模块拼装焊接变形量仿真研究

核电SC结构模块拼装焊接变形量仿真研究吴晔华1，陈鹏1，刘一搏2，3，侯阳11.核工业工程研究设计有限公司北京 1013002.哈尔滨工业大学（威海）山东威海 2642093.哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨 150001摘要：针对核电SC结构模块具有整体结构尺寸大、焊缝数量多、变形控制难度大、焊后矫形困难等特点，通过Sysweld软件构建SC结构模块1∶1三维数值模型，对不同的焊接拼装工序、焊接方法、设备数量对焊接变形量的影响进行了数值模拟，给出了最优的焊接拼装施工技术方案。

经现场工程验证，采用多设备、对称焊的方法能够有效地控制焊接变形，且最大变形量可控制住1.5mm以内，其数值模拟值与实际变形量值的偏差在15%内，说明数值模拟对焊接变形的预判结果具有较高的可信度，其计算结果对现场施工有着重要意义。

关键词：SC结构模块；焊接变形量；“局部-整体”映射算法；数值模拟1 序言国内某核电站屏蔽厂房SC结构模块是由双层钢板、钢筋和混凝土组成的复合结构，位于CV筒体外侧。

SC结构模块在焊接过程中，具有整体结构尺寸大、焊缝数量多、变形控制难度大、焊后矫形困难等特点，因此寻找大型构件焊接变形的控制方法，并对焊接变形进行预判显得尤为重要。

当前，计算机数值模拟辅助软件在工程实践中的应用正逐渐增加[1，2]。

但由于SC结构模块变形量数值模拟具有模型尺寸大、形状不规则、结构细节多等模拟难点，若直接对整体结构采用热弹塑性有限元进行计算，所花费的时间会相当长，并且存在收敛难、结果文件巨大的问题，可能无法获得模拟结果。

Sysweld软件由于内部含有“局部-整体”映射算法，因此更适合大型焊接构件的变形仿真研究[3，4]。

可将焊缝的残余应力与塑性应变从整个焊接构件的变形中分离提取，根据焊接构件的不同坡口形式建立局部有限元模型，得到局部模型结果后提取塑性应变与焊缝刚度，再利用宏单元技术将局部模型结果映射到整体模型进行焊接装配，从而容易得到整体的模拟变形结果[5]。

焊接变形与残余应力的数值模拟分析

焊接变形与残余应力的数值模拟分析随着工业技术的发展，焊接已经成为了现代制造业中不可或缺的一种加工工艺。

焊接的应用范围非常广泛，从车辆制造到建筑结构，从航空航天到电子竞技设备，焊接技术都有所涉及。

然而，焊接过程中会产生残余应力和变形问题，严重影响焊接件的品质和性能，甚至可能导致失效。

因此，了解焊接变形和残余应力问题，进行数值模拟分析是非常重要的。

一、焊接变形焊接变形是焊接过程中最常见的问题之一。

变形不仅影响焊接件的外观美观，还会影响其安装和使用。

焊接变形的产生原因有很多，其中包括热应力、物理收缩、材料弹性性质的变化等。

因此，减少焊接变形是焊接过程中必须解决的技术问题。

在数值模拟中，我们一般采用有限元法来模拟焊接变形。

这种方法可以对焊接前后零件的状态进行精确的数值计算。

在计算过程中，我们需要考虑材料的物理性质、热加工条件和焊接过程中零件的固定方法等。

通过数值模拟，我们可以预测焊接变形的量、方向和位置，从而采取相应的措施进行修正，保证焊接件的完整性和质量。

二、残余应力焊接残余应力是指焊接过程中留下的静态应力。

这种应力会影响焊接件的耐用性和安全性，容易引起裂纹和变形。

在某些情况下，焊接残余应力甚至可能导致焊接件的失效。

因此，减少焊接残余应力是非常重要的。

数值模拟还可以用来分析焊接残余应力。

在数值模拟时，我们一般采用热-弹性-塑性的有限元法进行计算。

这种方法考虑了焊接过程中不同材料之间的热胀缩差异、热致塑性变形和残余应力等因素。

通过数值模拟，我们可以预测焊接件上的残余应力分布情况，从而采取相应的措施进行消除或者减少。

三、模拟结果的验证由于焊接变形和残余应力问题十分复杂，需要考虑很多因素。

因此，数值模拟结果仅供参考，需要进行实验验证。

提高焊接件的精度和焊接品质，可以采用慢速焊接、增加支撑和焊接等离子体，并对焊接过程中的参数进行充分的控制。

同时，可以使用补偿焊接，通过防止变形和残余应力问题的技术手段，来消除材料的塑性变形和残余应力。

埋弧焊焊接及校正过程数值模拟

Electric Welding Machine·52·第51卷第2期2021年2月Electric Welding MachineVol.51 No.2Feb. 2021本文参考文献引用格式：王军，刘世忠，康峰，等. 埋弧焊焊接及校正过程数值模拟[J]. 电焊机，2021，51（2）：52-54.埋弧焊焊接及校正过程数值模拟0 前言金属结构在焊接过程中，由于结构各部分膨胀收缩程度不同或在膨胀收缩时受到限制等原因，在焊缝金属和靠近焊缝的母材区域内会产生热应力和残余变形，影响结构的尺寸精度和受力特性。

焊接过程中的变形和残余应力可通过固有应变法、热塑性法和局部整体映射法进行理论计算[1]。

由于复杂的焊接结构和焊接过程中的热力非线性等原因，具体工程分析时可借助ANSYS、ABAQUS 和MSC.MARC 等通用有限元平台进行二次开发[2-3]，或直接应用焊接专用软件SYSWELD [4-5]和Quick Welder [6]计算。

现有文献多关注焊接过程的数值模拟，而对于焊接变形的校正关注较少。

文献[7-8]使用ANSYS 对不同焊接结构进行了变形校正模拟，但均忽略了焊接结构的残余应力。

研究表明，有时残余应力甚至会超过材料的屈服应力[9]，因此是否可以忽略焊接残余应力有待商榷。

文中以一种对焊钢制梁（以下简称梁）为例，首先使用有限元软件ABAQUS （达索，2016）模拟埋弧焊焊接过程的残余应力和变形，然后以焊接结果为初始条件，对比分析焊接残余应力对校正后梁的应收稿日期：2020-09-19基金项目：太原科技大学博士启动基金（20192030）作者简介：王　军（1982—），男，博士，主要从事机械结构数值模拟的研究工作。

E-mail：********************.cn。

力分布的影响。

1　有限元分析焊接过程是一个伴随相变、热传导和结构变形的高度非线性的物理过程，校正过程则是一个使用外加载荷使结构发生弹（塑）性变形的过程，梁依次经历加热、冷却和校正三个过程，对比分析不含残余应力只包含变形的校正过程，如表1所示。

焊接变形控制的数值模拟方法研究

焊接变形控制的数值模拟方法研究在工业制造中，焊接工艺是一种常见方式，然而焊接过程中会产生变形，这对于零件精度、结构强度、外观等方面都有很大的影响，如何控制焊接变形成为焊接工程技术中的一个重要问题。

数值模拟方法作为一种高效、经济、安全、快速的技术手段，被广泛应用于焊接变形控制中。

一、焊接变形的原因焊接变形的原因主要有以下几个方面：1.焊接热源引起的温度梯度。

焊接局部区域在加热后，因为舒缩不同、热传导性不同，使得热应力造成变形。

金属的温度和应力是有关系的，材料的热膨胀系数会随温度的变化而变化，因此这种变形是非常普遍的。

2.剪切力引起的变形。

常见于焊接电阻加热的过程，当加热到达一定温度时，剪切力会根据表面张力的作用于材料表面产生变形力矩。

如果物体没有足够的限制，就会发生变形。

3.焊接时原材料外表面变形。

当材料接触到融化的焊接材料时，材料会产生刚性变形，不遵从焊接材料的运动，这样就会产生变形。

以上3个方面是造成焊接变形的主要原因，因此制定合适的焊接变形控制措施也就相对应的比较的重要。

二、数值模拟方法在焊接变形控制中的应用数值模拟方法是将现实世界中的问题简化为数字模型，使用数值计算器进行模拟与计算的方法。

数值模拟技术在模拟焊接变形方面发挥了重要的作用，可以分为以下几个步骤：1.材料的力学性质特性及热溶水平性分析。

材料的热学性质和力学性质是数值模拟计算的关键，必须建立与实际情况相符的材料模型。

2.三维数值建模。

需要确定建模的尺寸和形状，以及焊接材料的厚度和形状以及哪种金属焊接技术。

3.数值计算和模拟。

此步骤需要使用有限元法进行数值计算和模拟，仿真焊接过程中的温度场和应力分布，通过参数的调整来求得合适的焊接变形控制。

4.分析仿真结果并优化。

这就涉及到如何对仿真结果进行分析，因为计算结果的正确性，直接关系到制定正确的焊接变形控制措施，所以需要对计算结果进行分析和优化。

以上是数值模拟的主要步骤，根据这个步骤，我们可以制订出针对实际焊接过程的变形控制措施。

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。

基于“局部-整体”映射法的大型焊接构件装配变形数值分析

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１自定义双侧角焊缝热源模型校核计算１．１几何模型和焊接顺序
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８２ ·焊接质量控制与管理 ·
● 接技术第４７卷第２期２０１８年２月
序．对低压缸子部套构架完整性设计和制造工艺方
法的选择．以及运行中的安全评定都具有重要的理
论价值与工程意义。
ＨＳＦ模块的双侧角焊缝热源模型：建立了局部结构的有限元模型并进行了瞬态非线性塑性应力分析：将宏单元装配映射到整体的薄板
焊接构件中．在Ｐａｍ—ａｓｓｅｍｂｌｖ中对整体构件进行弹性变形计算：并对焊接工艺顺序进行了优化。计算结果为大型薄板类板筋焊接构件完整性设计、制造工艺方法的选择．以及运行中的安全评定提供技术指导和理论支持。
收稿日期：２ｏ１７—０３—０８
满足工程实际产品开发和工艺优化的需求。本文基于此．采用焊接数值模拟专用有限元软
件Ｓｙｓｗｅｌｄ进行局部模型的塑形应变计算和宏单元的提取．然后利用ＰａＩｎ－ａｓｓｅｍｂｌｖ模块将宏单元装配到整体模型的钣金件中．进行汽轮机低压缸子部套整体应变的计算和焊接顺序工艺优化，计算结果和方法为大型复杂构件的焊接数值仿真提供理论依据。局部一整体方法的技术路线如图１所示。

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。

利用焊接仿真技术控制电厂薄壁大件焊接变形

结语：
随着电厂焊接施工工艺技术不断对时代提出的新要求与焊接技术自身的不断革新，在不久的将来，焊接仿真技术将获得更广泛的发展前景。焊接仿真技术有效控制了电厂薄壁大件在焊接过程中的焊接变形，为薄壁大件的使用与发展开创了新领域。焊接仿真优化了施工工艺，提高了焊接的质量与效率，大大节约了资金投入与人力资源。在焊接领域效果显著，在未来的发展中，在薄壁大件控制焊真技术应用的背景与发展要求
在进行焊接施工工艺时，会发生放热与冷却两个过程。在放热、冷却的过程中就不可避免的会发生焊接变形，这就严重影响了产品的质量要求与使用性能。在传统焊接工艺中，我们对产品质量的把控基本在于施工建造者的焊接水平高低。当前情况下，采用传统的施工工艺已经满足不了使用需求，薄壁大件焊接时的焊接变形问题难以得到有效解决。所以焊接仿真技术以其独特的优点在电厂薄壁大件的控制焊接变形方面获得广泛应用。焊接仿真技术主要是在焊接温度条件、焊接残余应力等方面来有效控制薄壁大件的焊接变形，提高焊接质量，这使得施工工艺在整体方面有了跨越式发展。
（四）薄壁大件焊接完成之后对焊接变形的控制
在薄壁大件焊接完成之后，如果存在焊接变形，通常我们不通过进行热处理来进行矫正焊接变形。一般使用木榔头或橡皮榔头在薄壁大件焊接变形区域进行整形矫正，来使薄壁大件焊接达到理想化质量水平。
三、焊接仿真应用于控制薄壁大件焊接变形的意义及未来发展方向
在薄壁大件的焊接中，因薄壁大件所固有一些特性，而需要在焊接过程中特别注意。首先应当依据实际需要来选择合适的焊接材料和焊接工艺参数，优化焊接顺序，来减少薄壁大件焊接变形，提高焊接质量。焊接仿真技术在薄壁大件焊接的过程中，表现出了精细化、专业化、现代化的特征。所谓精细化，是指焊接仿真的数据分析将更加准确、高效，数据库的分析将不断扩大。所谓专业化，是指焊接仿真不断细化，将焊接仿真技术按不同的类型加以具体区分，以适用于不同的焊接施工工艺之中。所谓现代化，是指焊接仿真的科学性与时代性更加突出，在焊接仿真中发挥更大效用。以焊接仿真的方式，我们找到更加科学、完善的焊接工艺，在焊接材料的选择中也更加细致。焊接仿真的应用有效控制了电厂薄壁大件的焊接变形。