CN112775578A - 一种减少焊接变形的模拟分析方法及其得到的焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了船舶技术领域的一种减少焊接变形的模拟分析方法及其得到的焊接工艺。该方法包括如下步骤：步骤1、建立薄板模型；步骤2、建立不同焊接方案的薄板拼板模型；步骤3、计算机热力耦合有限元仿真模拟；步骤4、分析比较不同焊接方案的薄板拼板模型的焊后变形分布情况。通过该方法得到的焊接工艺，包括如下步骤：步骤1、薄板A和薄板B焊接，焊接方向为从上至下；步骤2、第二薄板和第三薄板焊接，焊接方向为从中间向两边；步骤3、第三薄板和第四薄板焊接，焊接方向从中间向两边；步骤4、第一薄板与第二薄板焊接，焊接方向从中间向两边。本发明的优点在于通过分析比较不同的焊接顺序和不同的焊接方向，得到焊接质量高的焊接工艺。

Description

一种减少焊接变形的模拟分析方法及其得到的焊接工艺
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，特别涉及一种减少焊接变形的模拟分析方法及其得到的焊接工艺。
背景技术
目前，在船舶建造过程中，板材拼焊是关键的工艺技术之一，只有板材拼焊能够产生更大面积的钢板，当然，在焊接过程中，不可避免的会产生焊接变形，焊接不好，使得焊后的修复工作量很大，影响建造精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种减少焊接变形的模拟分析方法及其得到的焊接工艺，通过分析比较不同的焊接顺序和不同的焊接方向进行拼装焊接，得到焊接质量高的焊接工艺，尤其适用不锈钢薄板的拼装焊接。
为了实现上述发明目的，本发明减少焊接变形的模拟分析方法及其得到的焊接工艺采用的如下技术方案：
一种减少焊接变形的模拟分析方法，包括如下步骤：
步骤1、建立薄板模型：薄板包括第一薄板、第二薄板、第三薄板和第四薄板，所述第二薄板包括薄板A和薄板B，所述薄板A的长度小于薄板B的长度，所述薄板A和薄板B的长度之和等于第一薄板的长度，所述薄板A、薄板B和第一薄板的宽度一致，第一薄板、第三薄板和第四薄板的长度一致，所述第一薄板的宽度大于第三薄板的宽度，所述第三薄板的宽度大于第四薄板的宽度；
步骤2、采用不同的焊接顺序和不同的焊接方向进行拼装焊接，建立不同焊接方案的薄板拼板模型：所述第一薄板、第二薄板、第三薄板和第四薄板从上往下依次平行布置并且拼装焊接为矩形，针对第一薄板、薄板A、薄板B、第三薄板和第四薄板之间不同的拼装焊接顺序进行建模，同时，针对不同焊接方向进行建模，所述第一薄板、第二薄板、第三薄板和第四薄板之间的焊接为水平焊接，水平焊接的焊接方向分为从左到右焊接、从右到左焊接、从中间向两边焊接或者从两边向中间焊接；薄板A和薄板B之间的焊接为垂直焊接，垂直焊接的焊接方向分为从上至下焊接或者从下至上焊接；
步骤3、计算机热力耦合有限元仿真模拟；
步骤4、分析比较不同焊接方案的薄板拼板模型的焊后变形分布情况，选出最佳焊接工艺方案；
优选的，所述计算机热力耦合有限元仿真模拟步骤为：
a、利用有限元分析软件进行材料参数加载、焊接路径加载、焊接初始条件加载、焊接换热条件加载、焊接热源加载、焊接力学条件加载，在计算机软件进行模拟计算；
b、通过热力耦合仿真分析得到计算结果。
一种减少焊接变形的模拟分析方法得到的焊接工艺，包括如下步骤：
步骤1、拼装第二薄板，对薄板A和薄板B进行焊接拼装，焊接方向为从上至下焊接，薄板A和薄板B的焊接处形成第一焊缝；
步骤2、将第二薄板和第三薄板进行焊接，焊接方向为从中间向两边焊接，首先从中间向靠近第一焊缝的一边焊接，然后从中间向远离第一焊缝的一边焊接；
步骤3、将第三薄板和第四薄板进行焊接，焊接方向从中间向两边焊接，首先从中间向远离第一焊缝的一边焊接，然后从中间向靠近第一焊缝的一边焊接；
步骤4、将第一薄板与第二薄板进行焊接，焊接方向从中间向两边焊接，首先从中间向远离第一焊缝的一边焊接，然后从中间向靠近第一焊缝的一边焊接。
优选的，所述第一薄板、薄板A、薄板B、第三薄板和第四薄板的材质均为不锈钢材质。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过对薄板进行材料建模，调整焊接方向和焊接顺序来控制焊后变形量；最后通过对比分析各种方案下的仿真模拟分析结果，获得优选的焊接工艺。
附图说明
图1为薄板拼板示意图；
图2为本发明焊接工艺的焊接方向示意图。
其中，1第一薄板，2第二薄板，201薄板A，202薄板B，3第三薄板，4第四薄板，5第一焊缝。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1-2所示，一种减少焊接变形的模拟分析方法，包括如下步骤：
步骤1、建立薄板模型：薄板包括第一薄板1、第二薄板2、第三薄板3和第四薄板4，所述第二薄板2包括薄板A 201和薄板B 202，所述薄板A 201的长度小于薄板B 202的长度，所述薄板A 201和薄板B 202的长度之和等于第一薄板1的长度，所述薄板A 201、薄板B 202和第一薄板1的宽度一致，第一薄板1、第三薄板3和第四薄板4的长度一致，所述第一薄板1的宽度大于第三薄板3的宽度，所述第三薄板3的宽度大于第四薄板4的宽度；
步骤2、采用不同的焊接顺序和不同的焊接方向进行拼装焊接，建立不同焊接方案的薄板拼板模型：所述第一薄板1、第二薄板2、第三薄板3和第四薄板4从上往下依次平行布置并且拼装焊接为矩形，针对第一薄板1、薄板A 201、薄板B 202、第三薄板3和第四薄板4之间不同的拼装焊接顺序进行建模，同时，针对不同焊接方向进行建模，所述第一薄板1、第二薄板2、第三薄板3和第四薄板4之间的焊接为水平焊接，水平焊接的焊接方向分为从左到右焊接、从右到左焊接、从中间向两边焊接或者从两边向中间焊接；薄板A 201和薄板B 202之间的焊接为垂直焊接，垂直焊接的焊接方向分为从上至下焊接或者从下至上焊接；
步骤3、计算机热力耦合有限元仿真模拟步骤为：
a、利用有限元分析软件进行材料参数加载、焊接路径加载、焊接初始条件加载、焊接换热条件加载、焊接热源加载、焊接力学条件加载，在计算机软件进行模拟计算；
b、通过热力耦合仿真分析得到计算结果；
步骤4、分析比较不同焊接方案的薄板拼板模型的焊后变形分布情况，选出最佳焊接工艺方案。
一种减少焊接变形的模拟分析方法得到的焊接工艺，包括如下步骤：
步骤1、拼装第二薄板2，对薄板A 201和薄板B 202进行焊接拼装，焊接方向为从上至下焊接，薄板A 201和薄板B 202的焊接处形成第一焊缝5；
步骤2、将第二薄板2和第三薄板3进行焊接，焊接方向为从中间向两边焊接，首先从中间向靠近第一焊缝5的一边焊接，然后从中间向远离第一焊缝的一边焊接；
步骤3、将第三薄板3和第四薄板4进行焊接，焊接方向从中间向两边焊接，首先从中间向远离第一焊缝5的一边焊接，然后从中间向靠近第一焊缝的一边焊接；
步骤4、将第一薄板1与第二薄板2进行焊接，焊接方向从中间向两边焊接，首先从中间向远离第一焊缝5的一边焊接，然后从中间向靠近第一焊缝的一边焊接。
上述第一薄板1、薄板A 201、薄板B 202、第三薄板3和第四薄板4的材质均为不锈钢材质。
本发明的具体工作过程与原理：通过对薄板进行材料建模，针对薄板拼板焊接设计了多种焊接方案并对其进行了有限元模拟研究，通过调整焊接方向和焊接顺序来控制焊后变形量；最后通过对比分析各种方案下的仿真结果，不同焊接顺序下的变形分布情况，从而得到通过调整焊接顺序与方向，对调节拼板焊接的变形量有较明显的效果，从而获得一个优选的焊接工艺，得到最佳焊接顺序，实现焊接工艺的优化。

Claims (4)

1.一种减少焊接变形的模拟分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、建立薄板模型：薄板包括第一薄板、第二薄板、第三薄板和第四薄板，所述第二薄板包括薄板A和薄板B，所述薄板A的长度小于薄板B的长度，所述薄板A和薄板B的长度之和等于第一薄板的长度，所述薄板A、薄板B和第一薄板的宽度一致，第一薄板、第三薄板和第四薄板的长度一致，所述第一薄板的宽度大于第三薄板的宽度，所述第三薄板的宽度大于第四薄板的宽度；
步骤2、采用不同的焊接顺序和不同的焊接方向进行拼装焊接，建立不同焊接方案的薄板拼板模型：所述第一薄板、第二薄板、第三薄板和第四薄板从上往下依次平行布置并且拼装焊接为矩形，针对第一薄板、薄板A、薄板B、第三薄板和第四薄板之间不同的拼装焊接顺序进行建模，同时，针对不同焊接方向进行建模，所述第一薄板、第二薄板、第三薄板和第四薄板之间的焊接为水平焊接，水平焊接的焊接方向分为从左到右焊接、从右到左焊接、从中间向两边焊接或者从两边向中间焊接；薄板A和薄板B之间的焊接为垂直焊接，垂直焊接的焊接方向分为从上至下焊接或者从下至上焊接；
步骤3、计算机热力耦合有限元仿真模拟；
步骤4、分析比较不同焊接方案的薄板拼板模型的焊后变形分布情况，选出最佳焊接工艺方案。
2.根据权利要求1所述的减少焊接变形的模拟分析方法，其特征在于：所述计算机热力耦合有限元仿真模拟步骤为：
a、利用有限元分析软件进行材料参数加载、焊接路径加载、焊接初始条件加载、焊接换热条件加载、焊接热源加载、焊接力学条件加载，在计算机软件进行模拟计算；
b、通过热力耦合仿真分析得到计算结果。
3.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的减少焊接变形的模拟分析方法得到的焊接工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、拼装第二薄板，对薄板A和薄板B进行焊接拼装，焊接方向为从上至下焊接，薄板A和薄板B的焊接处形成第一焊缝；
步骤2、将第二薄板和第三薄板进行焊接，焊接方向为从中间向两边焊接，首先从中间向靠近第一焊缝的一边焊接，然后从中间向远离第一焊缝的一边焊接；
步骤3、将第三薄板和第四薄板进行焊接，焊接方向从中间向两边焊接，首先从中间向远离第一焊缝的一边焊接，然后从中间向靠近第一焊缝的一边焊接；
步骤4、将第一薄板与第二薄板进行焊接，焊接方向从中间向两边焊接，首先从中间向远离第一焊缝的一边焊接，然后从中间向靠近第一焊缝的一边焊接。
4.根据权利要求3中所述的的焊接工艺，其特征在于：所述第一薄板、薄板A、薄板B、第三薄板和第四薄板的材质均为不锈钢材质。
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