一種預(yù)測多層焊焊接變形的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及焊接仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種預(yù)測多層焊的焊接變形的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)對焊接變形的預(yù)測基于經(jīng)驗公式或簡單的解析方法，但經(jīng)驗公式或簡單的解 析方法只適用于較簡單的構(gòu)件焊接情況，而不適用于實際工程中多數(shù)較復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)。 而隨著現(xiàn)代工業(yè)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，采用數(shù)值模擬對焊接變形和殘余應(yīng)力進行預(yù)測 和控制，從而選擇最佳工藝參數(shù)和組裝順序，已成為目前國內(nèi)外發(fā)展的重要方向。
[0003] 在對構(gòu)件進行焊接的過程中，由于焊縫及其附近因外部的熱輸入，同時受到周圍 溫度較低金屬的約束，當(dāng)中會產(chǎn)生塑性應(yīng)變、熱應(yīng)變和相變應(yīng)變等，冷卻后殘余應(yīng)變就決定 了最終的殘余應(yīng)力和變形。焊接問題的固有應(yīng)變是塑性應(yīng)變、熱應(yīng)變和相變應(yīng)變?nèi)咧停?可以認為焊接固有應(yīng)變僅存在于焊縫及其附近。若已知焊接后焊縫及其附近的固有應(yīng)變， 則可通過彈性有限元法分析計算出焊接后構(gòu)件的變形。在現(xiàn)有的構(gòu)件焊接過程中，常有多 層焊的情況，如圖1-圖4所示，圖1為焊接固有應(yīng)變施加區(qū)域B的示意圖，固有應(yīng)變施加區(qū) 域B是指焊接時產(chǎn)生固有應(yīng)變的區(qū)域，圖2為構(gòu)件焊接前的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是構(gòu)件一層焊 的結(jié)構(gòu)示意圖，構(gòu)件A1與構(gòu)件A2間成型有第一層焊縫，圖4是構(gòu)件多層焊的結(jié)構(gòu)示意圖， 構(gòu)件A1與構(gòu)件A2之間成型有第一層焊縫（截面積為Sl)、第二層焊縫（截面積為s2)…… 第n層焊縫（截面積sn)，而對于多層焊的焊接變形計算，現(xiàn)有的方法大多沒有考慮焊接過 程對每層焊縫的截面積的影響，直接用單層焊時的固有應(yīng)變乘以某一系數(shù)得到總的固有應(yīng) 變，因而得到的結(jié)果精度不夠高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種預(yù)測多層焊的焊接變形的方法，該方法可更精確地預(yù)測多層焊 焊接的總體變形。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0006] 一種預(yù)測多層焊焊接變形的方法，其特征在于：該方法用于預(yù)測構(gòu)件在 n(n彡2,neZ)層焊焊接后的焊接變形，包括以下步驟：
[0007]A.假設(shè)構(gòu)件在第i層焊接后的固有應(yīng)變ei、第i(n彡i彡1，ieZ)層焊的焊接 線能量Qi存在以下關(guān)系：
[0008]
【主權(quán)項】
1. 一種預(yù)測多層焊焊接變形的方法，其特征在于：該方法用于預(yù)測構(gòu)件在 n(n彡2,neZ)層焊焊接后的焊接變形，包括以下步驟： A. 假設(shè)構(gòu)件在第i層焊接后的固有應(yīng)變￡i、第/(力>/21,丨￡2)層焊的焊接線能量％ 存在以下關(guān)系：
其中，為連續(xù)光滑函數(shù)，Si為第i層焊縫的截面積，k為相關(guān)系數(shù)； B. 設(shè)定六冬A〇的具體表達式，進而得到4的具體表達式； C. 測量得到構(gòu)件焊接前焊縫的長度L，然后測量得到構(gòu)件在第一層焊接后的固有應(yīng)變 芎和第一層焊縫的截面積Sl，同時記錄構(gòu)件在第一層焊接后消耗的焊條數(shù)x1; D. 將構(gòu)件在第一層焊接后的固有應(yīng)變?yōu)楹偷谝粚雍缚p的截面積~代入步驟B中設(shè)定 的巧的具體表達式中，求得相關(guān)系數(shù)k的取值，將相關(guān)系數(shù)k的取值代入步驟B中得到的忑 的具體表達式中，形成第一表達式； E. 根據(jù)步驟C測得的構(gòu)件在第一層焊接后的固有應(yīng)變?yōu)?、?gòu)件焊接前焊縫的長度L、 第一層焊縫的截面積Sl和構(gòu)件在第一層焊接后消耗的焊條數(shù)xi求得單位焊條的填充焊縫 的體積vQ; F. 在相同的焊接條件下，通過以下方法求得第2至n層的固有應(yīng)變4至之：當(dāng) n多i多2時，對于第i層焊接后的固有應(yīng)變6，根據(jù)構(gòu)件在第i層焊接后消耗的焊條數(shù)Xi、 構(gòu)件焊接前焊縫的長度1〇、構(gòu)件在第1至i_l層焊接后的固有應(yīng)變高至、單位焊條的填 充焊縫的體積V(l和步驟D中得到的第一表達式可求得第i層焊縫的截面積si和構(gòu)件在第 i層焊接后的固有應(yīng)變A; G. 根據(jù)前述步驟求得的構(gòu)件在第1至n層焊接后的固有應(yīng)變巧至之可求得n層焊接 后總的固有應(yīng)變足； H. 根據(jù)步驟G求得的n層焊接后總的固有應(yīng)變f，利用固有應(yīng)變有限元法求得構(gòu)件在 n層焊接后的焊接變形。
【專利摘要】一種預(yù)測多層焊焊接變形的方法，先假設(shè)構(gòu)件焊接后的固有應(yīng)變與焊接線能量存在著函數(shù)關(guān)系，并基于初步實驗結(jié)果找出函數(shù)關(guān)系中的未知參數(shù)，再利用這種函數(shù)關(guān)系和各層焊接時所消耗的焊條數(shù)量來計算每層焊后的固有應(yīng)變，然后根據(jù)每層焊接后求得的固有應(yīng)變數(shù)據(jù)得到總的固有應(yīng)變，最后再通過固有應(yīng)變有限元法算出構(gòu)件在多層焊后的焊接變形。本發(fā)明是在準確預(yù)測了構(gòu)件在多層焊后的固有應(yīng)變后再進行固有應(yīng)變有限元法計算，因而能更準確地預(yù)測構(gòu)件在多層焊后的焊接變形。
【IPC分類】G06F19-00, B23K37-00
【公開號】CN104573314
【申請?zhí)枴緾N201410650011
【發(fā)明人】丁樺, 黃灝, 劉紅武, 鄧劍, 藍林華
【申請人】廣州中國科學(xué)院工業(yè)技術(shù)研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年11月14日