一種焊接過程中的應力與變形的調控方法技術

本發明專利技術公開了一種焊接過程中的應力與變形的調控方法，包括以下步驟：在計算機上建立帶焊接部件的幾何模型，并對模型的材料和焊接條件進行定義；按照幾何模型和焊接條件進行實際現場焊接，并對溫度場和應力場數據進行采樣；根據計算機模型模擬并計算焊接溫度場；將計算機模擬溫度場與現場焊接測量進行對比；將計算機模型中熱?應力耦合分析單元轉化為結構單元，并定義力學性能參數；對計算機模型的約束條件進行定義；讀入溫度場結果并計算該計算機模型焊接的應力場；與現場焊接測量的應力場進行對比，判斷計算機模型計算是否準確；根據計算機模型，輸出應力和變形結果。本發明專利技術在焊接前對應力與變形的分析和調整，從而制定合理有效的焊接工藝。

A method for controlling stress and deformation in welding process

The invention discloses a method for controlling stress and deformation in welding process, which comprises the following steps: establishing a geometric model of a welded part on a computer and defining the material and welding conditions of the model; carrying out on-site welding according to the geometric model and welding conditions, and feeding in the data of temperature field and stress field. Sampling; simulating and calculating the welding temperature field according to the computer model; comparing the computer simulation temperature field with the field welding measurement; transforming the thermal stress coupling analysis unit in the computer model into the structural unit and defining the mechanical properties parameters; defining the constraints of the computer model; reading in the temperature field Results The stress field of the computer model was calculated, and compared with the stress field measured in the field, the accuracy of the computer model was judged. According to the computer model, the stress and deformation results were output. The invention analyzes and adjusts the stress and deformation before welding, thereby formulating a reasonable and effective welding process.

【技術實現步驟摘要】
一種焊接過程中的應力與變形的調控方法
本專利技術涉及焊接調控方法，尤其涉及一種焊接過程中的應力與變形的調控方法。
技術介紹
在焊接過程中，由于焊接熱效應的存在，不可避免地會產生焊接殘余應力和變形。在目前實際生產中，人們僅憑借經驗或通過實驗來獲得可靠而經濟的焊接結構，不僅要花費了大量的時間和經費，而且任何嘗試的失敗，都將造成重大的經濟損失，同時使得產品質量存在偶然性。在生產過程中由于殘余焊接變形及應力的存在，使得焊后的修復工序工作量很大，嚴重浪費了大量的燃料成本，對焊接質量也留有一定的隱患。焊接殘余應力和變形產生的根本原因是焊縫金屬在高溫下產生的壓縮性塑性應變，如果焊件的剛度較大，焊接后將表現為大的焊接殘余應力和小的焊接變形，如果焊件的剛度較小，表現為小的焊接殘余應力和大的焊接變形。由此可見，要想準確得到焊接的變形和殘余應力，關鍵是要得到高溫時焊縫的壓縮性塑性應變，而與高溫塑性應變有關的材料的參數為，材料在各個溫度下的熱膨脹系數、屈服強度、切邊模量(與變形有關)，焊接結構等。有限元模擬，是指利用數學近似的方法對真實物理系統(幾何和載荷工況)進行模擬。利用簡單而又相互作用的元素(即單元)，就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。通過有限元模擬，可以得到并優化結構的變形規律而并不追求精確的預測焊接變形的數值，為焊接工藝的制定提供指導意義。
技術實現思路
為了解決上述技術所存在的不足之處，本專利技術提供了一種焊接過程中的應力與變形的調控方法。為了解決以上技術問題，本專利技術采用的技術方案是：一種焊接過程中的應力與變形的調控方法，包括以下步驟：步驟1、在計算機上建立帶焊接部件的幾何模型，并對模型的材料和焊接條件進行定義；步驟2、按照幾何模型和焊接條件進行實際現場焊接，并對溫度場和應力場數據進行采樣；步驟3、根據計算機模型模擬并計算焊接溫度場；步驟4、將計算機模擬溫度場與現場焊接測量進行對比，判斷計算機模型計算是否準確；如果計算機模型計算不準確，則調整焊接條件直到溫度場計算準確；步驟5、將計算機模型中熱-應力耦合分析單元轉化為結構單元，并定義力學性能參數；步驟6、對計算機模型的約束條件進行定義；步驟7、讀入溫度場結果并計算該計算機模型焊接的應力場；步驟8、與現場焊接測量的應力場進行對比，判斷計算機模型計算是否準確；如果不準確，則調整約束條件直到應力場計算準確；步驟9、根據計算機模型，輸出應力和變形結果。進一步地，本專利技術的方法還包括步驟10、根據建立的計算機模型，比較不同焊接方案的應力和變形結果，選擇最優結果進行實際應用。進一步地，所述步驟1中，焊接條件定義包括：a、定義幾何模型的單元類型、材料屬性，并將幾何模型進行網格劃分；和b、施加邊界條件并確定載荷步。進一步地，所述步驟6中，所述約束條件包括初始溫度、對流換熱系數。本專利技術提供了一種在焊接過程中的應力與變形的調控方法，利用有限元模擬的方法，計算只選取了焊縫的一個面上的單元就行熱加載，得出的殘余應力和變形可能會較小的焊接方案，進而在相同的邊界條件下，通過計算機模型模擬得到最優焊接工藝。本專利技術使得焊接工程師在生產前即可根據工藝條件進行焊接殘余應力與焊接變形的分析，從而制定出更加合理有效的焊接工藝，以使焊接生產過程更簡捷，減少后續處理修整工序，降低了工時成本和燃料成本，提高了生產效率，大大提高焊接接頭的質量。附圖說明圖1為本專利技術的流程示意圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。【實施例1】步驟1、在計算機上建立帶焊接部件的幾何模型，并對模型的材料和焊接條件進行定義；其中，焊接條件定義包括：a、定義幾何模型的單元類型、材料屬性，并將幾何模型進行網格劃分；和b、施加邊界條件并確定載荷步。焊接過程的特點是瞬態，材料參數與溫度又呈高度非線性，材料屬性定義得是否準確不僅關系到計算結果的的準確性，還和計算時的收斂性有很大關系。而很多材料熱物理性能參數不是很齊全，特別在高溫區的參數。本文選取的材料是6系鋁合金，為了計算簡化，使母材和焊縫的材料參數相同。選取全局網格0.01mm，焊縫區域局部2級加密，網格數量44萬個。步驟2、按照幾何模型和焊接條件進行實際現場焊接，并對溫度場和應力場數據進行采樣；步驟3、根據計算機模型模擬并計算焊接溫度場；在本實施例中，進行焊接溫度場模擬時選擇內部熱生成(生死單元)分布熱源模型步驟4、將計算機模擬溫度場與現場焊接測量進行對比，判斷計算機模型計算是否準確；如果計算機模型計算不準確，則調整焊接條件直到溫度場計算準確；步驟5、將計算機模型中熱-應力耦合分析單元轉化為結構單元，并定義力學性能參數；在計算機軟件中，將熱-應力耦合分析單元：SOLID70，轉化為SOLID185。步驟6、對計算機模型的約束條件進行定義；其中，所述約束條件包括初始溫度、對流換熱系數；本實施例中，本構件的焊接初始條件是環境溫度20℃，對流主要在試件表面進行，按對流邊界條件處理，在本文分析中對流換熱系數為300W/(m2·℃)。步驟7、讀入溫度場結果并計算該計算機模型焊接的應力場；步驟8、與現場焊接測量的應力場進行對比，判斷計算機模型計算是否準確；如果不準確，則調整約束條件直到應力場計算準確；步驟9、根據計算機模型，輸出應力和變形結果。步驟10、根據建立的計算機模型，比較不同焊接方案的應力和變形結果，選擇最優結果進行實際應用。上述實施方式并非是對本專利技術的限制，本專利技術也并不僅限于上述舉例，本
的技術人員在本專利技術的技術方案范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也均屬于本專利技術的保護范圍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種焊接過程中的應力與變形的調控方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1、在計算機上建立帶焊接部件的幾何模型，并對模型的材料和焊接條件進行定義；步驟2、按照幾何模型和焊接條件進行實際現場焊接，并對溫度場和應力場數據進行采樣；步驟3、根據計算機模型模擬并計算焊接溫度場；步驟4、將計算機模擬溫度場與現場焊接測量進行對比，判斷計算機模型計算是否準確；如果計算機模型計算不準確，則調整焊接條件直到溫度場計算準確；步驟5、將計算機模型中熱?應力耦合分析單元轉化為結構單元，并定義力學性能參數；步驟6、對計算機模型的約束條件進行定義；步驟7、讀入溫度場結果并計算該計算機模型焊接的應力場；步驟8、與現場焊接測量的應力場進行對比，判斷計算機模型計算是否準確；如果不準確，則調整約束條件直到應力場計算準確；步驟9、根據計算機模型，輸出應力和變形結果。

【技術特征摘要】
1.一種焊接過程中的應力與變形的調控方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1、在計算機上建立帶焊接部件的幾何模型，并對模型的材料和焊接條件進行定義；步驟2、按照幾何模型和焊接條件進行實際現場焊接，并對溫度場和應力場數據進行采樣；步驟3、根據計算機模型模擬并計算焊接溫度場；步驟4、將計算機模擬溫度場與現場焊接測量進行對比，判斷計算機模型計算是否準確；如果計算機模型計算不準確，則調整焊接條件直到溫度場計算準確；步驟5、將計算機模型中熱-應力耦合分析單元轉化為結構單元，并定義力學性能參數；步驟6、對計算機模型的約束條件進行定義；步驟7、讀入溫度場結果并計算該計算機模型焊接的應力場；步驟8、與現場焊接測量的應力場進行對比...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳永鋼，徐兵，張玉何，姚映青，凌鈴，
申請(專利權)人：南通東源新能源科技發展有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32