一种预测多层焊焊接变形的方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及焊接仿真技术领域，尤其涉及一种预测多层焊的焊接变形的方 法。
【背景技术】
[0002] 传统对焊接变形的预测基于经验公式或简单的解析方法，但经验公式或简单的解 析方法只适用于较简单的构件焊接情况，而不适用于实际工程中多数较复杂的焊接结构。 而随着现代工业和计算机技术的迅速发展，采用数值模拟对焊接变形和残余应力进行预测 和控制，从而选择最佳工艺参数和组装顺序，已成为目前国内外发展的重要方向。
[0003] 在对构件进行焊接的过程中，由于焊缝及其附近因外部的热输入，同时受到周围 温度较低金属的约束，当中会产生塑性应变、热应变和相变应变等，冷却后残余应变就决定 了最终的残余应力和变形。焊接问题的固有应变是塑性应变、热应变和相变应变三者之和， 可以认为焊接固有应变仅存在于焊缝及其附近。若已知焊接后焊缝及其附近的固有应变， 则可通过弹性有限元法分析计算出焊接后构件的变形。在现有的构件焊接过程中，常有多 层焊的情况，如图1-图4所示，图1为焊接固有应变施加区域B的示意图，固有应变施加区 域B是指焊接时产生固有应变的区域，图2为构件焊接前的结构示意图，图3是构件一层焊 的结构示意图，构件A1与构件A2间成型有第一层焊缝，图4是构件多层焊的结构示意图， 构件A1与构件A2之间成型有第一层焊缝（截面积为Sl)、第二层焊缝（截面积为s2)…… 第n层焊缝（截面积sn)，而对于多层焊的焊接变形计算，现有的方法大多没有考虑焊接过 程对每层焊缝的截面积的影响，直接用单层焊时的固有应变乘以某一系数得到总的固有应 变，因而得到的结果精度不够高。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种预测多层焊的焊接变形的方法，该方法可更精确地预测多层焊 焊接的总体变形。
[0005] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
[0006] 一种预测多层焊焊接变形的方法，其特征在于：该方法用于预测构件在 n(n彡2,neZ)层焊焊接后的焊接变形，包括以下步骤：
[0007]A.假设构件在第i层焊接后的固有应变ei、第i(n彡i彡1，ieZ)层焊的焊接 线能量Qi存在以下关系：
[0008]
【主权项】
1. 一种预测多层焊焊接变形的方法，其特征在于：该方法用于预测构件在 n(n彡2,neZ)层焊焊接后的焊接变形，包括以下步骤： A. 假设构件在第i层焊接后的固有应变￡i、第/(力>/21,丨￡2)层焊的焊接线能量％ 存在以下关系：
其中，为连续光滑函数，Si为第i层焊缝的截面积，k为相关系数； B. 设定六冬A〇的具体表达式，进而得到4的具体表达式； C. 测量得到构件焊接前焊缝的长度L，然后测量得到构件在第一层焊接后的固有应变 芎和第一层焊缝的截面积Sl，同时记录构件在第一层焊接后消耗的焊条数x1; D. 将构件在第一层焊接后的固有应变為和第一层焊缝的截面积~代入步骤B中设定 的巧的具体表达式中，求得相关系数k的取值，将相关系数k的取值代入步骤B中得到的忑 的具体表达式中，形成第一表达式； E. 根据步骤C测得的构件在第一层焊接后的固有应变為、构件焊接前焊缝的长度L、 第一层焊缝的截面积Sl和构件在第一层焊接后消耗的焊条数xi求得单位焊条的填充焊缝 的体积vQ; F. 在相同的焊接条件下，通过以下方法求得第2至n层的固有应变4至之：当 n多i多2时，对于第i层焊接后的固有应变6，根据构件在第i层焊接后消耗的焊条数Xi、 构件焊接前焊缝的长度1〇、构件在第1至i_l层焊接后的固有应变高至、单位焊条的填 充焊缝的体积V(l和步骤D中得到的第一表达式可求得第i层焊缝的截面积si和构件在第 i层焊接后的固有应变A; G. 根据前述步骤求得的构件在第1至n层焊接后的固有应变巧至之可求得n层焊接 后总的固有应变足； H. 根据步骤G求得的n层焊接后总的固有应变f，利用固有应变有限元法求得构件在 n层焊接后的焊接变形。
【专利摘要】一种预测多层焊焊接变形的方法，先假设构件焊接后的固有应变与焊接线能量存在着函数关系，并基于初步实验结果找出函数关系中的未知参数，再利用这种函数关系和各层焊接时所消耗的焊条数量来计算每层焊后的固有应变，然后根据每层焊接后求得的固有应变数据得到总的固有应变，最后再通过固有应变有限元法算出构件在多层焊后的焊接变形。本发明是在准确预测了构件在多层焊后的固有应变后再进行固有应变有限元法计算，因而能更准确地预测构件在多层焊后的焊接变形。
【IPC分类】G06F19-00, B23K37-00
【公开号】CN104573314
【申请号】CN201410650011
【发明人】丁桦, 黄灏, 刘红武, 邓剑, 蓝林华
【申请人】广州中国科学院工业技术研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年11月14日