CN114619161B - 一种薄板焊接变形的模型建构及其矫平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄板焊接变形的模型建构及其矫平方法，根据所需矫平的薄板材质获得材料属性，采集现场的焊接工艺参数；根据相应数据与固有应变理论建立焊接形变数学模型，并通过实际取样对此模型进行修正；根据模型输出判断焊接形变类型，并布置相应的矫平加热线；应用电磁感应加热方法根据加热线位置对变形工件进行矫平；矫平后测量工件的平整度，再根据实际要求判断是否达标，如果不达标则进一步矫平，直至矫平达标。本发明在实际数据基础上建立焊接形变数学模型，能精准识别焊接形变情况并作出合理的矫平加热线，矫平过程无污染，可靠高效。

Description

一种薄板焊接变形的模型建构及其矫平方法

技术领域

本发明属于薄板焊接变形矫平技术领域，涉及一种薄板焊接变形的模型建构及其矫平方法。

背景技术

目前，在船舶及海洋工程结构中大量采用焊接工艺对各个分段和板件进行加工，金属材料在焊接过程中，焊缝及其附近区域会因外部的热输入以及受到周围温度较低金属的约束，而产生塑性应变、热应变和相应变等现象，冷却后的残余应变会导致最终的残余应力与变形。这不仅会影响生产工艺流程的正常进行，而且会降低整体结构的承载能力，造成结构发生脆性破坏、压杆稳定承载力降低、构件尺寸和形状发生变化等后果。

在传统的人工火工矫平方法过程中，钢板受热面先被加热，而背面还是冷的，在板材厚度方向温度梯度较大，在冷却时受热面会产生较大的拉应力使钢板拉直。然而当矫正薄钢板时，热量很容易传递到钢板内。这时，加热区域内的筋板也容易被加热，坚硬的筋板就会产生热变形。由此，把钢板加热到目标温度时，需要更长的时间、燃烧更多的气体。此方法速度慢、效率低，同时在矫平过程会产生大量有毒气体，存在较大安全隐患。

因此，需要开发一种高效、方便运行的矫平方法，能够根据现场焊接情况判断薄板实际形变、并且合理地布置矫平加热线的有效矫正薄板焊接变形。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种薄板焊接变形的模型建构及其矫平方法，首先建构薄板焊接变形模型，然后根据焊接形变模型来精确地判断薄板形变类型，合理布置电磁感应加热的矫平加热线并对矫平效果进行修正，从而有效地提高矫平效率、节约资源，减少现场由于矫平加热导致的安全隐患。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

本发明的一种薄板焊接变形的模型建构方法，利用固有应变法获得焊接变形模型，包括以下步骤：

步骤M1.根据现场需要矫平的薄板材质获得相应的材料属性，包括弹性模量、薄板厚度、屈服应力、热膨胀系数；

步骤M2.了解现场焊接工艺相关数据，室温、焊接时最高温度、焊接速度，冷却过程中温度最大变化值、焊缝的横剖面积；

步骤M3.根据相应数据求取压缩塑性应变和拉伸塑性应变的值；

步骤M4.将焊接过程中压缩塑性应变和拉伸塑性应变相加得到最终的固有应变:

步骤M5.将所得固有应变进行积分，再根据现场实验取样修正得到最终横向和纵向固有变形数学模型、横向和纵向弯曲变形数学模型。

所述步骤M3中，根据相应数据求取压缩塑性应变和拉伸塑性应变的值的步骤包括：

焊接包括两个过程：热源对焊件的加热、热源离开后焊件的冷却；在整个过程中焊件内部的总应变包括弹性应变、塑性应变、热应变和金属相变，如下式表达

ε＝ε_e+ε_p+ε_t+ε_x  (1)而在焊接过程中固有应变也称之为非弹性应变，即

ε^*＝ε-ε_e＝ε_p+ε_t+ε_x   (2)

其中，ε代表总应变，ε^*是非弹性应变，ε_e是弹性应变，ε_p是塑性应变，ε_t是热应变，ε_x是金属相变；

焊接结束后，焊件恢复到室温，此时热应变可以看作为零；在忽略金属相变的前提条件下，残余的塑性应变就等于固有应变，即

ε^*＝ε_p   (3)

产生拉伸塑性形变，压缩塑性应变和拉伸塑性应变由下式计算，即

ε_p1＝-a(T_max-T₀)   (4)

其中，ε_p1是压缩塑性应变，ε_p2是拉伸塑性应变，a为热膨胀系数，T_max为加热过程所能达到的最高温度，T₀为初始温度，T_2max为冷却过程中的温度最大变化值，σ_y为屈服应力，E为弹性模量，A为焊缝的横剖面积，L为固有应变的宽度，k_z为焊件的弹性系数。

所述步骤M4中，将焊接过程中压缩塑性应变和拉伸塑性应变相加得到最终的固有应变，用下式表示：

在式中T_c为塑性应变区的平均温度之差；

焊接的横、纵向固有应变值由下式计算，即

在式中

为横固有应变，

为纵向固有应变，T_cx为塑性应变区的横向平均温度之差，T_cy为塑性应变区的纵向平均温度之差。

所述的步骤M5包括以下过程：

用一组焊接变形的数值来表征整个焊缝的焊接变形数学模型；垂直于焊缝的截面的焊接变形数学模型包含横向和纵向固有变形、横向和纵向弯曲变形四个部分，可以通过固有应变进行积分计算，最后通过现场多次取样实验对所得模型进行修正，具体焊接变形数学模型如下：

在式中，x为垂直焊缝方向，y厚度方向和z焊缝方向，h为板材厚度，c、d、f、g分别为横向和纵向固有变形、横向和纵向弯曲变形的补偿系数。

本发明的一种薄板焊接变形的矫平方法，包括以下步骤：

步骤一、建构薄板焊接变形模型：了解矫平工件材料相关属性以及现场焊接工艺相关参数，根据所得的数据与相关公式求取压缩塑性应变和拉伸塑性应变的值，并将值相加得到工件最终的固有应变，再根据现场实验取样修正得到最终横向和纵向固有变形数学模型、横向和纵向弯曲变形数学模型；

步骤二、根据所得焊接变形数学模型判断焊接后的变形是属于角变形和纵向弯曲的波浪变形中哪一类，同时根据现场薄板实际情况进行合理的矫平加热线布置；

步骤三、利用金属本身的导磁作用，通过感应电流产生涡流效应，将钢板迅速加热，在钢板的厚度方向产生较大的温度梯度，快速冷却后收缩，以达到消除原有变形的目的，实现电磁感应加热矫平的效果；

步骤四、对矫平后的薄板进行平整度检测，判断是否需要进一步修正。

进一步地，在所述的步骤一中，建构薄板焊接变形模型，利用固有应变法获得焊接变形模型，包括：

步骤1.1.根据现场需要矫平的薄板材质获得相应的材料属性：弹性模量、薄板厚度、屈服应力、热膨胀系数；

步骤1.2.了解现场焊接工艺相关数据：室温、焊接时最高温度、焊接速度，冷却过程中温度最大变化值、焊缝的横剖面积；

步骤1.3.根据相应数据求取压缩塑性应变和拉伸塑性应变的值:

焊接过程包括两个过程：热源对焊件的加热以及热源离开后焊件的冷却，焊件内部的总应变包括弹性应变、塑性应变、热应变和金属相变，由下公式表达

ε＝ε_e+ε_p+ε_t+ε_x   (13)而在焊接过程中固有应变也称为非弹性应变，即

ε^*＝ε-ε_e＝ε_p+ε_t+ε_x   (14)

其中ε代表总应变，ε^*是非弹性应变，ε_e是弹性应变，ε_p是塑性应变，ε_t是热应变，ε_x是金属相变；

焊接过程结束后，焊件恢复到室温，此时热应变可以看作为零；在忽略金属相变的前提条件下，残余的塑性应变等于固有应变，即

ε^*＝ε_p   (15)

焊件变形按照焊接方向可以为横向变形和纵向变形；引起横向变形的应变可以看作为横向固有应变，引起纵向变形的应变为纵向固有应变；在焊接过程中，焊件的温度逐渐升高，当温度超过屈服温度时，受到弹性应力的压缩作用，产生压缩塑性形变；降温过程中，焊件受到弹性应力的拉伸作用，产生拉伸塑性形变；压缩塑性应变和拉伸塑性应变由下式计算，即

ε_p1＝-a(T_max-T₀)   (16)

其中，ε_p1是压缩塑性应变，ε_p2是拉伸塑性应变，a为热膨胀系数，T_max为加热过程所能达到的最高温度，T₀为初始温度，T_2max为冷却过程中的温度最大变化值，σ_y为屈服应力，E为弹性模量，A为焊缝的横剖面积，L为固有应变的宽度，k_z为焊件的弹性系数；

步骤1.4.压缩塑性应变和拉伸塑性应变相加得到最终的固有应变，即

T_c为塑性应变区的平均温度之差；

焊接的横、纵向固有应变值由下式计算，即

在式中

为横固有应变，

为纵向固有应变，T_cx为塑性应变区的横向平均温度之差，T_cy为塑性应变区的纵向平均温度之差；

步骤1.5.将所得固有应变进行积分，再根据现场实验取样修正得到最终横向和纵向固有变形数学模型、横向和纵向弯曲变形数学模型；

在忽略端部效应的前提下，焊接变形在沿着焊缝的各个横截面上基本相同；因此，仅用一组焊接变形的数值可以表征整个焊缝的焊接变形数学模型；垂直于焊缝的截面的焊接变形数学模型包含横向和纵向固有变形、横向和纵向弯曲变形四个部分，这些变形可以通过固有应变进行积分计算得到，最后通过现场多次取样实验对所得模型进行修正，具体焊接变形数学模型如下：

在式中x为垂直焊缝方向，y厚度方向和z焊缝方向，h为板材厚度，c、d、f、g分别为横向和纵向固有变形、横向和纵向弯曲变形的补偿系数。

进一步地，在所述的步骤二中，根据焊接变形模型进行矫平加热线布置，其过程包括：

根据所建构的焊接变形数学模型，判断焊接后变形是属于垂直焊缝横向起折的角变形和平行焊缝方向的纵向弯曲的波浪变形中哪一类，同时根据现场薄板厚度情况进行相应合理的矫平加热线布置：在实际生产中，通过焊接变形模型判断加筋板结构的变形并进行相应合理的矫平加热线布置的过程为：

(1)垂直焊缝横向起折的角变形

在加强筋的背面，沿平行于焊缝的方向布置加热线，在焊缝的背面一定距离上对板材进行加热，利用金属在冷却时产生的拉应力，将变形矫平；

(2)平行焊缝方向的纵向弯曲的波浪变形

在波浪变形的波峰波谷处布置加热线多次加热，来达到矫正效果；对于面板厚度较大的，采用双加热线进行矫正，对于面板厚度较小的，则采用单加热线进行加热矫正。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果和优点：

1.本发明通过对实际焊接工件的材料属性的相关数据以及实际焊接工况的数据进行收集，将实际数据待入固有应变法的公式建立符合现场工况的工件焊接变形数学模型；

2.本发明将所构建的焊接变形数学模型与实际焊接件进行比对，修正理论模型的误差，使所求模型对实际焊接变形的描述更加精确；

3.本发明根据焊接变形模型判断焊接后变形是属于垂直焊缝横向起折的角变形还是平行焊缝方向的纵向弯曲的波浪变形，再根据所得的变形类型进行感应矫平加热线的布置，使得最后矫平效果最优；

4.本发明使用电磁感应加热的方法对薄板进行矫平，感应加热热源加热效率高、利于控制不会有连带影响，而且可控程度高，热效率高、节能清洁，薄板矫正效果明显；

5.本发明最后对矫平后的薄板进行平整度检测，将检测结果与所要求的平整度比对，进一步修正确保了最终矫平的效果。

附图说明

图1为本发明的一种薄板焊接变形的模型建构方法的流程图。

图2为本发明的一种薄板焊接变形的矫平方法的流程图。

具体实施方式

本发明的一种薄板焊接变形的模型建构及其矫平方法，根据所需要矫平的薄板材质获得相应的材料属性，对现场的焊接方法、焊接温度、焊接速度等焊接工艺参数进行采集；根据相应数据与固有应变理论建立焊接形变数学模型，并通过实际取样对此模型进行修正；根据模型输出判断焊接形变类型，并布置相应的矫平加热线；应用电磁感应加热方法根据加热线位置对变形工件进行矫平；矫平后测量工件的平整度，再根据实际要求判断是否达标，如果不达标则进一步矫平，如果达标工作结束。本发明是在实际数据基础上建立焊接形变数学模型，能精准识别焊接形变情况并作出合理的矫平加热线，并应用电磁感应加热技术矫平，可达到无污染且高效的矫平效果。

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种薄板焊接变形的模型建构方法，利用固有应变法获得焊接变形模型，包括以下步骤：

步骤M1.根据现场需要矫平的薄板材质获得相应的材料属性，包括弹性模量、薄板厚度、屈服应力、热膨胀系数；

步骤M2.了解现场焊接工艺相关数据，室温、焊接时最高温度、焊接速度，冷却过程中温度最大变化值、焊缝的横剖面积；

步骤M3.根据相应数据求取压缩塑性应变和拉伸塑性应变的值；

步骤M4.将焊接过程中压缩塑性应变和拉伸塑性应变相加得到最终的固有应变:

步骤M5.将所得固有应变进行积分，再根据现场实验取样修正得到最终横向和纵向固有变形数学模型、横向和纵向弯曲变形数学模型。

所述步骤M3中，根据相应数据求取压缩塑性应变和拉伸塑性应变的值的步骤包括：

焊接包括两个过程：热源对焊件的加热、热源离开后焊件的冷却；在整个过程中焊件内部的总应变包括弹性应变、塑性应变、热应变和金属相变，如下式表达

ε＝ε_e+ε_p+ε_t+ε_x   (25)

而在焊接过程中固有应变也称之为非弹性应变，即

ε^*＝ε-ε_e＝ε_p+ε_t+ε_x   (26)

其中，ε代表总应变，ε^*是非弹性应变，ε_e是弹性应变，ε_p是塑性应变，ε_t是热应变，ε_x是金属相变；

焊接结束后，焊件恢复到室温，此时热应变可以看作为零；在忽略金属相变的前提条件下，残余的塑性应变就等于固有应变，即

ε^*＝ε_p   (27)

产生拉伸塑性形变，压缩塑性应变和拉伸塑性应变由下式计算，即

ε_p1＝-a(T_max-T₀)   (28)

其中，ε_p1是压缩塑性应变，ε_p2是拉伸塑性应变，a为热膨胀系数，T_max为加热过程所能达到的最高温度，T₀为初始温度，T_2max为冷却过程中的温度最大变化值，σ_y为屈服应力，E为弹性模量，A为焊缝的横剖面积，L为固有应变的宽度，k_z为焊件的弹性系数。

所述步骤M4中，将焊接过程中压缩塑性应变和拉伸塑性应变相加得到最终的固有应变，用下式表示：

在式中T_c为塑性应变区的平均温度之差；

焊接的横、纵向固有应变值由下式计算，即

在式中

为横固有应变，

为纵向固有应变，T_cx为塑性应变区的横向平均温度之差，T_cy为塑性应变区的纵向平均温度之差。

所述的步骤M5包括以下过程：

用一组焊接变形的数值来表征整个焊缝的焊接变形数学模型；垂直于焊缝的截面的焊接变形数学模型包含横向和纵向固有变形、横向和纵向弯曲变形四个部分，可以通过固有应变进行积分计算，最后通过现场多次取样实验对所得模型进行修正，具体焊接变形数学模型如下：

在式中，x为垂直焊缝方向，y厚度方向和z焊缝方向，h为板材厚度，c、d、f、g分别为横向和纵向固有变形、横向和纵向弯曲变形的补偿系数。

如图2所示，本发明的一种薄板焊接变形的矫平方法，包括以下步骤：

步骤一、薄板焊接变形模型的建构：了解矫平工件材料相关属性以及现场焊接工艺相关参数，根据所得的数据与相关公式求取压缩塑性应变和拉伸塑性应变的值，并将值相加得到工件最终的固有应变，再根据现场实验取样修正得到最终横向和纵向固有变形数学模型、横向和纵向弯曲变形数学模型。

步骤二、根据所得焊接变形数学模型判断焊接后的变形是属于角变形和纵向弯曲的波浪变形中哪一类，同时根据现场薄板实际情况进行合理的矫平加热线布置；

步骤三、利用金属本身的导磁作用，通过感应电流产生涡流效应，将钢板迅速加热，在钢板的厚度方向产生较大的温度梯度，快速冷却后收缩，以达到消除原有变形的目的，实现电磁感应加热矫平的效果；

步骤四、对矫平后的薄板进行平整度检测，判断是否需要进一步修正。

所述的步骤一，建构薄板焊接变形模型：利用固有应变法获得焊接变形模型，包括：

步骤1.1.根据现场需要矫平的薄板材质获得相应的材料属性，弹性模量、薄板厚度、屈服应力、热膨胀系数等:

步骤1.2.了解现场焊接工艺相关数据，室温、焊接时最高温度、焊接速度等、冷却过程中温度最大变化值、焊缝的横剖面积；

步骤1.3.根据相应数据求取压缩塑性应变和拉伸塑性应变的值:

焊接过程包括热源对焊件的加热以及热源离开后焊件的冷却2个过程，在整个过程中焊件内部的总应变由弹性应变、塑性应变、热应变和金属相变组成，由下公式表达

ε＝ε_e+ε_p+ε_t+ε_x   (37)

而在焊接过程中固有应变也称之为非弹性应变，即

ε^*＝ε-ε_e＝ε_p+ε_t+ε_x   (38)

在公式中ε代表总应变，ε^*是非弹性应变，ε_e是弹性应变，ε_p是塑性应变，ε_t是热应变，ε_x是金属相变。

焊接过程结束后，焊件恢复到室温，所以此时热应变可以看作为零。同时在忽略金属相变的前提条件下，残余的塑性应变就等于固有应变，即

ε^*＝ε_p   (39)

焊件变形按照焊接方向可以为横向变形和纵向变形，相应的，引起横向变形的应变可以看作为横向固有应变，引起纵向变形的应变为纵向固有应变。在焊接过程中，焊件的温度逐渐升高，当温度超过屈服温度时，受到弹性应力的压缩作用，产生压缩塑性形变；降温过程中，焊件受到弹性应力的拉伸作用，产生拉伸塑性形变，压缩塑性应变和拉伸塑性应变由下式计算，即

εp1＝-a(Tmax-T0)(40)

在式中ε_p1是压缩塑性应变，ε_p2是拉伸塑性应变，a为热膨胀系数，T_max为加热过程所能达到的最高温度，T₀为初始温度，T_2max为冷却过程中的温度最大变化值，σ_y为屈服应力，E为弹性模量，A为焊缝的横剖面积，L为固有应变的宽度，k_z为焊件的弹性系数。

步骤1.4.将焊接过程中压缩塑性应变和拉伸塑性应变相加得到最终的固有应变:

将焊接过程中压缩塑性应变和拉伸塑性应变相加得到最终的固有应变，即

在式中T_c为塑性应变区的平均温度之差。

那么焊接的横、纵向固有应变值由下式计算，即

在式中

为横固有应变，

为纵向固有应变，T_cx为塑性应变区的横向平均温度之差，T_cy为塑性应变区的纵向平均温度之差。

步骤1.5.将所得固有应变进行积分，再根据现场实验取样修正得到最终横向和纵向固有变形数学模型、横向和纵向弯曲变形数学模型；

在焊接过程中，垂直于焊缝的每个截面都有一定量的变形，这些变形就是焊接变形。在忽略端部效应的前提下，焊接变形在沿着焊缝的各个横截面上基本相同。因此，仅用一组焊接变形的数值就可以表征整个焊缝的焊接变形数学模型。垂直于焊缝的截面的焊接变形数学模型包含横向和纵向固有变形、横向和纵向弯曲变形四个部分，这些变形可以通过固有应变进行积分计算得到，最后通过现场多次取样实验对所得模型进行修正，具体焊接变形数学模型如下：

在式中x为垂直焊缝方向，y厚度方向和z焊缝方向，h为板材厚度，c、d、f、g分别为横向和纵向固有变形、横向和纵向弯曲变形的补偿系数。

所述的步骤二，根据模型进行矫平加热线布置，其过程包括：

根据所建构的焊接变形数学模型判断焊接后变形是属于垂直焊缝横向起折的角变形和平行焊缝方向的纵向弯曲的波浪变形中哪一类，同时根据现场薄板厚度情况进行合理的矫平加热线布置；在实际生产中，通过焊接变形模型判断加筋板结构的变形并进行相应合理的矫平加热线布置的过程为：

(1)垂直焊缝横向起折的角变形

在加强筋的背面，沿平行于焊缝的方向布置加热线，在焊缝的背面一定距离上对板材进行加热，利用金属在冷却时产生的拉应力，将变形矫平。

(2)平行焊缝方向的纵向弯曲的波浪变形

在波浪变形的波峰波谷处布置加热线多次加热，来达到矫正效果。

由于电磁感应加热设备有一定的体积，设备内部的感应线圈具有一定的宽度，在实际使用中被加热的位置将是一个有宽度的区域。对于面板厚度较大的，采用双加热线进行矫正，对于面板厚度较小的，则采用单加热线进行加热矫正。

所述的步骤三、感应加热矫平过程包括：

利用金属本身固有的导磁作用，通过感应电流，利用电磁感应的涡流效应，在钢板的加热面产生“集肤效应”，将钢板的加热面迅速加热到金属本身的居里温度，进而在钢板的厚度方向上产生较大的温度梯度，快速冷却后收缩，以达到消除原有变形的目的，实现电磁感应加热矫平的效果。感应加热矫平的方法具有可控程度高，热效率高、节能清洁，薄板矫正效果明显的优点。

所述的步骤四、根据矫平效果判断是否要修正：

对矫平后的薄板进行平整度检测，如果最后矫平结果未达到实际要求，则进一步电磁感应加热矫平修正；如果达到要求则矫平工作结束。

Claims (3)

1.一种薄板焊接变形的模型建构方法，其特征在于，利用固有应变法获得焊接变形模型，包括以下步骤：

步骤M1.根据现场需要矫平的薄板材质获得相应的材料属性，包括弹性模量、薄板厚度、屈服应力、热膨胀系数；

步骤M2.了解现场焊接工艺相关数据，室温、焊接时最高温度、焊接速度，冷却过程中温度最大变化值、焊缝的横剖面积；

步骤M3.根据相应数据求取压缩塑性应变和拉伸塑性应变的值；

步骤M4.将焊接过程中压缩塑性应变和拉伸塑性应变相加得到最终的固有应变:

步骤M5.将所得固有应变进行积分，再根据现场实验取样修正得到最终横向和纵向固有变形数学模型、横向和纵向弯曲变形数学模型；

所述步骤M3中，根据相应数据求取压缩塑性应变和拉伸塑性应变的值的步骤包括：

焊接包括两个过程：热源对焊件的加热、热源离开后焊件的冷却；在整个过程中焊件内部的总应变包括弹性应变、塑性应变、热应变和金属相变，如下式表达

ε＝ε_e+ε_p+ε_t+ε_x    (1)

而在焊接过程中固有应变也称之为非弹性应变，即

ε^*＝ε-ε_e＝ε_p+ε_t+ε_x    (2)

其中，ε代表总应变，ε^*是非弹性应变，ε_e是弹性应变，ε_p是塑性应变，ε_t是热应变，ε_x是金属相变；

焊接结束后，焊件恢复到室温，此时热应变可以看作为零；在忽略金属相变的前提条件下，残余的塑性应变就等于固有应变，即

ε^*＝ε_p    (3)

产生拉伸塑性形变，压缩塑性应变和拉伸塑性应变由下式计算，即

ε_p1＝-a(T_max-T₀)    (4)

其中，ε_p1是压缩塑性应变，ε_p2是拉伸塑性应变，a为热膨胀系数，T_max为加热过程所能达到的最高温度，T₀为初始温度，T_2max为冷却过程中的温度最大变化值，σ_y为屈服应力，E为弹性模量，A为焊缝的横剖面积，L为固有应变的宽度，k_z为焊件的弹性系数；

所述步骤M4中，将焊接过程中压缩塑性应变和拉伸塑性应变相加得到最终的固有应变，用下式表示：

在式中T_c为塑性应变区的平均温度之差；

焊接的横、纵向固有应变值由下式计算，即

在式中

为横固有应变，

为纵向固有应变，T_cx为塑性应变区的横向平均温度之差，T_cy为塑性应变区的纵向平均温度之差。

2.根据权利要求1所述的一种薄板焊接变形的模型建构方法，其特征在于，所述的步骤M5包括以下过程：

用一组焊接变形的数值来表征整个焊缝的焊接变形数学模型；垂直于焊缝的截面的焊接变形数学模型包含横向和纵向固有变形、横向和纵向弯曲变形四个部分，可以通过固有应变进行积分计算，最后通过现场多次取样实验对所得模型进行修正，具体焊接变形数学模型如下：

在式中，x为垂直焊缝方向，y厚度方向和z焊缝方向，h为板材厚度，c、d、f、g分别为横向和纵向固有变形、横向和纵向弯曲变形的补偿系数。

3.一种薄板焊接变形的矫平方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、建构薄板焊接变形模型：了解矫平工件材料相关属性以及现场焊接工艺相关参数，根据所得的数据与相关公式求取压缩塑性应变和拉伸塑性应变的值，并将值相加得到工件最终的固有应变，再根据现场实验取样修正得到最终横向和纵向固有变形数学模型、横向和纵向弯曲变形数学模型；

步骤二、根据所得焊接变形数学模型判断焊接后的变形是属于角变形和纵向弯曲的波浪变形中哪一类，同时根据现场薄板实际情况进行合理的矫平加热线布置；

步骤三、利用金属本身的导磁作用，通过感应电流产生涡流效应，将钢板迅速加热，在钢板的厚度方向产生较大的温度梯度，快速冷却后收缩，以达到消除原有变形的目的，实现电磁感应加热矫平的效果；

步骤四、对矫平后的薄板进行平整度检测，判断是否需要进一步修正；

在所述的步骤一，建构薄板焊接变形模型，利用固有应变法获得焊接变形模型，包括：

步骤1.1.根据现场需要矫平的薄板材质获得相应的材料属性：弹性模量、薄板厚度、屈服应力、热膨胀系数；

步骤1.2.了解现场焊接工艺相关数据：室温、焊接时最高温度、焊接速度，冷却过程中温度最大变化值、焊缝的横剖面积；

步骤1.3.根据相应数据求取压缩塑性应变和拉伸塑性应变的值:

焊接过程包括两个过程：热源对焊件的加热以及热源离开后焊件的冷却，焊件内部的总应变包括弹性应变、塑性应变、热应变和金属相变，由下公式表达

ε＝ε_e+ε_p+ε_t+ε_x    (13)

而在焊接过程中固有应变也称为非弹性应变，即

ε^*＝ε-ε_e＝ε_p+ε_t+ε_x    (14)

其中ε代表总应变，ε^*是非弹性应变，ε_e是弹性应变，ε_p是塑性应变，ε_t是热应变，ε_x是金属相变；

焊接过程结束后，焊件恢复到室温，此时热应变可以看作为零；在忽略金属相变的前提条件下，残余的塑性应变等于固有应变，即

ε^*＝ε_p    (15)

焊件变形按照焊接方向可以为横向变形和纵向变形；引起横向变形的应变可以看作为横向固有应变，引起纵向变形的应变为纵向固有应变；在焊接过程中，焊件的温度逐渐升高，当温度超过屈服温度时，受到弹性应力的压缩作用，产生压缩塑性形变；降温过程中，焊件受到弹性应力的拉伸作用，产生拉伸塑性形变；压缩塑性应变和拉伸塑性应变由下式计算，即

ε_p1＝-a(T_max-T₀)    (16)

其中，ε_p1是压缩塑性应变，ε_p2是拉伸塑性应变，a为热膨胀系数，T_max为加热过程所能达到的最高温度，T₀为初始温度，T_2max为冷却过程中的温度最大变化值，σ_y为屈服应力，E为弹性模量，A为焊缝的横剖面积，L为固有应变的宽度，k_z为焊件的弹性系数；

步骤1.4.压缩塑性应变和拉伸塑性应变相加得到最终的固有应变，即

T_c为塑性应变区的平均温度之差；

焊接的横、纵向固有应变值由下式计算，即

在式中

为横固有应变，

为纵向固有应变，T_cx为塑性应变区的横向平均温度之差，T_cy为塑性应变区的纵向平均温度之差；

步骤1.5.将所得固有应变进行积分，再根据现场实验取样修正得到最终横向和纵向固有变形数学模型、横向和纵向弯曲变形数学模型；

在忽略端部效应的前提下，焊接变形在沿着焊缝的各个横截面上基本相同；因此，仅用一组焊接变形的数值可以表征整个焊缝的焊接变形数学模型；垂直于焊缝的截面的焊接变形数学模型包含横向和纵向固有变形、横向和纵向弯曲变形四个部分，这些变形可以通过固有应变进行积分计算得到，最后通过现场多次取样实验对所得模型进行修正，具体焊接变形数学模型如下：

在式中x为垂直焊缝方向，y厚度方向和z焊缝方向，h为板材厚度，c、d、f、g分别为横向和纵向固有变形、横向和纵向弯曲变形的补偿系数；

在所述的步骤二中，根据焊接变形模型进行矫平加热线布置，其过程包括：

根据所建构的焊接变形数学模型，判断焊接后变形是属于垂直焊缝横向起折的角变形和平行焊缝方向的纵向弯曲的波浪变形中哪一类，同时根据现场薄板厚度情况进行相应合理的矫平加热线布置：在实际生产中，通过焊接变形模型判断加筋板结构的变形并进行相应合理的矫平加热线布置的过程为：

(1)垂直焊缝横向起折的角变形

在加强筋的背面，沿平行于焊缝的方向布置加热线，在焊缝的背面一定距离上对板材进行加热，利用金属在冷却时产生的拉应力，将变形矫平；

(2)平行焊缝方向的纵向弯曲的波浪变形

在波浪变形的波峰波谷处布置加热线多次加热，来达到矫正效果；对于面板厚度较大的，采用双加热线进行矫正，对于面板厚度较小的，则采用单加热线进行加热矫正。

Images