[發(fā)明專利]一種預(yù)測多層焊焊接變形的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410650011.4
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN104573314A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁樺;黃灝;劉紅武;鄧劍;藍(lán)林華
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州中國科學(xué)院工業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;B23K37/00
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 黃培智

技術(shù)領(lǐng)域

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)

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(jìn)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。

在對構(gòu)件進(jìn)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梢哉J(rèn)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s₁)、第二層焊縫(截面積為s₂)……第n層焊縫(截面積s_n)，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

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。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

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≥2,n∈Z)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ε_i、第i(n≥i≥1,)層焊的焊接線能量Q_i存在以下關(guān)系：

ϵ→i=f→(si,k)Qi]]>

其中，為連續(xù)光滑函數(shù)，s_i為第i層焊縫的截面積，k為相關(guān)系數(shù)；

B.設(shè)定的具體表達(dá)式，進(jìn)而得到的具體表達(dá)式；

C.測量得到構(gòu)件焊接前焊縫的長度l₀，然后測量得到構(gòu)件在第一層焊接后的固有應(yīng)變和第一層焊縫的截面積s₁，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)變和第一層焊縫的截面積s₁代入步驟B中設(shè)定的的具體表達(dá)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中得到的的具體表達(dá)式中，形成第一表達(dá)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)變構(gòu)件焊接前焊縫的長度l₀、第一層焊縫的截面積s₁和構(gòu)件在第一層焊接后消耗的焊條數(shù)x₁求得單位焊條的填充焊縫的體積v₀；

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)變至當(dāng)n≥i≥2時，對于第i層焊接后的固有應(yīng)變記錄構(gòu)件在第i層焊接后消耗的焊條數(shù)x_i，再聯(lián)合構(gòu)件焊接前焊縫的長度l₀、構(gòu)件在第1至i-1層焊接后的固有應(yīng)變至單位焊條的填充焊縫的體積v₀和步驟D中得到的第一表達(dá)式可求得第i層焊縫的截面積s_i和構(gòu)件在第i層焊接后的固有應(yīng)變

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)變至可求得n層焊接后總的固有應(yīng)變