预测雷达大型结构件焊接变形的方法
【专利摘要】本发明涉及一种预测雷达大型结构件焊接变形的方法。该发明根据雷达大型结构件焊接工艺，选取适当的焊接实验板和应变片，采用盲孔法提取其焊接过程中的变形量；针对实验板和大型结构件建模及网格划分；采用热弹性有限元法初步确定试验件的焊接变形量，并与实测值对比，通过微调边界条件以及装夹条件，使二者误差小于15%；将实验板计算得到的变形量，通过固有应变法直接加载到大型结构件的焊接变形计算中，完成大型结构件焊接变形预测。本发明采用少量的工艺试验，结合固有应变法，实现对雷达大型结构件焊接变形定量预测和变形趋势分析，降低了大型结构件焊接工艺试验成本，减少试验工作量以及模拟计算量，对雷达焊接生产具有指导意义。
【专利说明】预测雷达大型结构件焊接变形的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于焊接工艺【技术领域】，具体涉及一种利用数值模拟技术预测雷达大型结构件焊接变形的方法。
【背景技术】
[0002]由于雷达大型结构件尺寸大，结构复杂，焊缝密集，造成焊接成型过程中结构件变形量大，严重影响雷达整体工作性能，为此，必须在焊接成型过程中采取措施减少焊接变形。一般情况下，工艺人员通过制作结构件的小模型，然后，对其施焊，从而探索合适的焊接工艺。该方法不仅工作量大，周期长，成本高昂，而且针对小模型的焊接工艺一般难以满足大型结构件的焊接要求。近年来，随着计算机模拟技术的发展，使得精确模拟焊接变形成为可能。目前尚无针对雷达大型结构件焊接变形预测的报道。
【发明内容】
[0003]为了进一步精确预测大型结构件焊接变形趋势以及变形量，解决焊接变形控制现有技术成本过高的问题，本发明提出一种预测雷达大型结构件焊接变形的方法。
[0004]本发明采用工艺试验和计算机模拟技术相结合，通过固有应变法，实现雷达大型结构件焊接过程变形的定量预测以及焊接变形趋势的定性分析。同时也为其他大型结构件的焊接变形预测提供可签的方法。
[0005]本发明的具体操作步骤如下:
预测雷达大型结构件焊接变形方法的具体操作步骤如下:
1)确定雷达大型结构件的熔化极惰性气体保护焊(MIG)焊接参数，主要包括:待焊件材料为高强钢、待焊件厚度为3mm、接头形式为对接、破口形式为V型坡口、焊接电压为25?27 V、焊接速度为4.5?5.5 mm/s ；
2)取规格200X200X3mm高强钢材的实验板6块，两块实验板为一组，按步骤I)的MIG焊接工艺，将两块实验板焊接在一起，二者之间形成焊缝，得到三块焊接件；
3)采用盲孔法测量实验板焊接的变形量以及分布，在每块焊接件的焊缝中心位置处打盲孔，孔深1.5_，并在盲孔周围区域布置应变片，应变片距离焊缝中心线的长度分别为Imm, 3.5 mm, 6.5 mm, 8.5 mm, 10.5 mm, 14.5 mm以及20 mm ;通过应力仪测试并记录每块焊接件的焊缝周围区域的焊接变形实测数据，得到三组焊接变形实测数据；
4)利用专业焊接模拟软件sysweld对三块焊接件分别建立三维模型、划分网格、施加约束以及选择热源模型；选用专业焊接模拟软件sysweld中编号76的三维实体单元为建模单元建立焊接件三维模型，以每个建模单元三维方向的位移为自由度，在焊接件三维模型上靠近焊缝区域采用加密网格划分，外围焊缝区域采用稀疏网格划分；在焊接件三维模型的底部以及对称面施加约束；选用高斯热源模型模拟焊接热源；
5)采用专业焊接模拟软件sysweld中的热弹性有限元法分别计算三块焊接件的焊接变形，得到三组焊接变形模拟数据； 6)将每块焊接件的焊接变形实测数据和焊接变形模拟数据进行对比，若二者误差小于或等于15%，则记录下焊接件在模拟焊接时采用的相关边界条件、加载条件以及热源模型参数，以便于后来加载到雷达大型结构件中，若二者误差大于15%，则调整焊接件在模拟焊接时采用的相关边界条件、加载条件以及热源模型参数，直至二者的误差小于15% ；
7)利用专业焊接模拟软件sysweld对雷达大型结构件建立三维模型、划分网格、施加约束以及选择热源模型；所述雷达大型结构件是由两根纵梁和两根纵梁之间的若干根横梁通过焊接形成的矩形框架状，在雷达大型结构件的三维模型上靠近焊缝区域采用加密网格划分，外围焊缝区域采用稀疏网格划分；在雷达大型结构件的三维模型的底部以及对称面施加约束；选用高斯热源模型模拟焊接热源；将步骤6)中符合要求的试验件焊接变形模拟数据提取出来，加载到雷达大型结构件上，对雷达大型结构件的三维模型焊接变形量进行计算，得到雷达大型结构件的三维模型焊接变形模拟数据；
8)读取雷达大型结构件的三维模型焊接变形模拟数据，整理并分析计算结果，得出雷达大型结构件实际MIG焊接过程中的变形趋势和变形数量，以便于焊前采取相应措施减少变形量。
[0006]所述步骤4)中的加密网格的步长为0.5。
[0007]所述步骤4)中的稀疏网格的步长为10。
[0008]与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在以下方面:
1)将雷达大型结构件焊接工艺试验由目前至少进行3次，减少为至少进行I次，缩短了雷达大型结构件焊接生产时间；
2)雷达大型结构件焊接试验件的制造数量减少了2/3，大幅度降低雷达大型结构件的生产成本；
3)本发明针对雷达大型结构件实际尺寸仿真，避免了现有焊接工艺试验件多采用微缩模型，得到的焊接工艺不适用于实际尺寸的雷达大型结构件的缺点；
4)本发明采用的变形预测方法将雷达大型结构件的仿真计算时间由3?5天，控制在24小时以内，缩短了雷达大型结构件仿真的时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为雷达大型结构件结构示意图。
[0010]图2为本发明实施例中实验板的焊接变形测试结果和计算结果。
[0011]上图中序号:纵梁1、横梁2。
【具体实施方式】
[0012]下面结合实施例，对本发明作进一步地描述。
[0013]参见图1，雷达大型结构件包括由两根平行的纵梁1，两根纵梁I之间若干根横梁2，通过焊接形成矩形框架状，其中纵梁I的长度为8000mm，横梁2的长度为IOOOmm ;纵梁I的横截面为长方形，由两根U形的型钢相对焊接而成;U形的型钢的材料为Domex高强型钢，厚度均为3mm。
[0014]对上述雷达大型结构件焊接变形预测的具体操作步骤如下:
I)确定雷达大型结构件的MIG焊接参数，主要包括:待焊件材料为高强钢、待焊件厚度为3mm、接头形式为对接、破口形式采用V型、焊接电压为25V、焊接速度为5 mm/s ；
2)采用厚度为3mm的Domex高强钢板，制备规格200X200X3mm的6块的焊接实验板，两块实验板为一组，依据熔化极惰性气体保护焊(MIG)工艺，将两块实验板焊接在一起，二者之间形成焊缝，得到三块焊接件；
3)采用盲孔法测量实验板焊接的变形量以及分布，在每块焊接件的焊缝中心位置处打盲孔，孔深1.5_，并在盲孔周围区域布置应变片，应变片距离焊缝中心线的长度分别为Imm, 3.5 mm, 6.5 mm, 8.5 mm, 10.5 mm, 14.5 mm以及20 mm ;通过应力仪测试并记录每块焊接件焊缝周围区域的焊接变形状况；三块焊接件的焊接变形的实测结果，如图2所示；
4)利用专业焊接模拟软件sysweld对三块焊接件分别建立三维模型、划分网格、施加约束以及选择热源模型；选用专业焊接模拟软件sysweld中编号76的三维实体单元为建模单元建立焊接件三维模型，以每个建模单元三维方向的位移为自由度，在焊接件三维模型上靠近焊缝区域采用加密网格划分，加密网格的步长为0.5，外围焊缝区域采用稀疏网格划分，稀疏网格的步长为10。在焊接件三维模型的底部以及对称面施加约束；选用高斯热源模型模拟焊接热源；
5)采用专业焊接模拟软件sysweld中的热弹性有限元法分别计算三块焊接件的焊接变形，得到三组焊接变形模拟数据；三块焊接件的焊接变形的模拟结果，如图2所示；
6)将每块焊接件的焊接变形实测数据和焊接变形模拟数据进行对比，若二者误差小于或等于15%，则记录下焊接件在模拟焊接时采用的相关边界条件、加载条件以及热源模型参数，以便于后来加载到雷达大型结构件中，若二者误差大于15%，则调整焊接件在模拟焊接时采用的相关边界条件、加载条件以及热源模型参数，直至二者的误差小于15% ；
7)对雷达大型结构件建模、网格划分和施加约束；
某型号雷达大型结构件如图1所示，包括由两根平行的纵梁1，两根纵梁I之间若干根横梁2，通过焊接形成矩形框架状，其中纵梁I的长度为8000mm，横梁2的长度为IOOOmm ；参见图2，纵梁的横截面为长方形，由两个U形的第一型钢和第二型钢，相对焊接成型；第一型钢和第二型钢的材料均为Domex高强型钢，厚度均为3mm。采用实际尺寸对大型结构件进行建模。划分网格时，为保证焊接变形预测的精度，各处的焊缝位置处采用加密网格，加密网格的步长为0.5,远尚焊缝处米用稀疏网格,稀疏网格的步长为10 ;每隔IOOOmm处施加二维方向的约束；
8)采用固有应变法进行焊接变形模拟计算并读取焊接变形模拟数据。将调整后实验板的焊接变形量数据，作为初始条件加载到大型结构件模型上，进行焊接变形计算，以减少计算量，顺利实现雷达型结构件焊接变形模拟。整理并分析雷达大型结构件的焊接变形模拟数据，得出雷达大型结构件实际MIG焊接过程中的变形趋势和变形数量，以便于焊前采取相应措施减少变形量。
[0015]上述实施例只为说明本发明的技术特点，只是本发明较优选的【具体实施方式】的一种，并非可以用于限定本发明的保护范围。
【权利要求】
1.预测雷达大型结构件焊接变形的方法，其特征在于，具体操作步骤如下: 1)确定雷达大型结构件的熔化极惰性气体保护焊(MIG)焊接参数，主要包括:待焊件材料为高强钢、待焊件厚度为3mm、接头形式为对接、破口形式为V型坡口、焊接电压为25?27 V、焊接速度为4.5?5.5 mm/s ； 2)取规格200X200X3mm高强钢材的实验板6块，两块实验板为一组，按步骤I)的MIG焊接工艺，将两块实验板焊接在一起，二者之间形成焊缝，得到三块焊接件； 3)采用盲孔法测量实验板焊接的变形量以及分布，在每块焊接件的焊缝中心位置处打盲孔，孔深1.5_，并在盲孔周围区域布置应变片，应变片距离焊缝中心线的长度分别为Imm, 3.5 mm, 6.5 mm, 8.5 mm, 10.5 mm, 14.5 mm以及20 mm ;通过应力仪测试并记录每块焊接件的焊缝周围区域的焊接变形实测数据，得到三组焊接变形实测数据； 4)利用专业焊接模拟软件sysweld对三块焊接件分别建立三维模型、划分网格、施加约束以及选择热源模型；选用专业焊接模拟软件sysweld中编号76的三维实体单元为建模单元建立焊接件三维模型，以每个建模单元三维方向的位移为自由度，在焊接件三维模型上靠近焊缝区域采用加密网格划分，外围焊缝区域采用稀疏网格划分；在焊接件三维模型的底部以及对称面施加约束；选用高斯热源模型模拟焊接热源； 5)采用专业焊接模拟软件sysweld中的热弹性有限元法分别计算三块焊接件的焊接变形，得到三组焊接变形模拟数据； 6)将每块焊接件的焊接变形实测数据和焊接变形模拟数据进行对比，若二者误差小于或等于15%，则记录下焊接件在模拟焊接时采用的相关边界条件、加载条件以及热源模型参数，以便于后来加载到雷达大型结构件中，若二者误差大于15%，则调整焊接件在模拟焊接时采用的相关边界条件、加载条件以及热源模型参数，直至二者的误差小于15% ； 7)利用专业焊接模拟软件sysweld对雷达大型结构件建立三维模型、划分网格、施加约束以及选择热源模型；所述雷达大型结构件是由两根纵梁和两根纵梁之间的若干根横梁通过焊接形成的矩形框架状，在雷达大型结构件的三维模型上靠近焊缝区域采用加密网格划分，外围焊缝区域采用稀疏网格划分；在雷达大型结构件的三维模型的底部以及对称面施加约束；选用高斯热源模型模拟焊接热源；将步骤6)中符合要求的试验件焊接变形模拟数据提取出来，加载到雷达大型结构件上，对雷达大型结构件的三维模型焊接变形量进行计算，得到雷达大型结构件的三维模型焊接变形模拟数据； 8)读取雷达大型结构件的三维模型焊接变形模拟数据，整理并分析计算结果，得出雷达大型结构件实际MIG焊接过程中的变形趋势和变形数量，以便于焊前采取相应措施减少变形量。
2.根据权利要求1所述的预测雷达大型结构件焊接变形的方法，其特征在于:所述步骤4)中的加密网格的步长为0.5。
3.根据权利要求1所述的预测雷达大型结构件焊接变形的方法，其特征在于:所述步骤4)中的稀疏网格的步长为10。
【文档编号】B23K31/12GK103551712SQ201310521197
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】栾兆菊, 谭贵红, 谢旻 申请人:中国电子科技集团公司第三十八研究所