基于ANSYS的薄板焊接變形研究

屈葵林

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路橋梁建設(shè)也發(fā)展的越來(lái)越好，我國(guó)已經(jīng)相繼完成了南京長(zhǎng)江大橋、上海長(zhǎng)江大橋等項(xiàng)目建設(shè)，焊接應(yīng)力是金屬結(jié)構(gòu)在加工之后留在焊件內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力與變形在一定的條件下會(huì)影響到焊件的使用，從而破壞金屬加工的穩(wěn)定性，要想改善薄板的焊接變形問(wèn)題就需要采取相應(yīng)的措施，從而延長(zhǎng)焊接接頭的使用壽命，本文就基于ANSYS的薄板焊接變形問(wèn)題進(jìn)行仔細(xì)的研究，希望能為以后該方面的工作提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：ANSYS；薄板；焊接變形；分析研究

中圖分類號(hào)：TG404 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）14-0042-01

21世紀(jì)是科技的時(shí)代，各種新型技術(shù)應(yīng)用在我國(guó)的各個(gè)領(lǐng)域中，ANSYS是世界范圍內(nèi)增長(zhǎng)最快的計(jì)算機(jī)輔助工程軟件，它在機(jī)械制造、電場(chǎng)、土木工程、地礦方面都有著一定的應(yīng)用，同時(shí)ANSYS功能十分強(qiáng)大且操作方便，現(xiàn)在已經(jīng)成為國(guó)際上最流行的分析軟件，依據(jù)ANSYS有限元理論來(lái)對(duì)薄板焊接方法進(jìn)行研究有一定的幫助，焊接是比較復(fù)雜的物理與化學(xué)過(guò)程，在焊接過(guò)程中涉及到的參數(shù)很多，通過(guò)只憑借工藝試驗(yàn)來(lái)了解焊接過(guò)程，成本比較昂貴且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，本文就對(duì)基于ANSYS的薄板焊接變形問(wèn)題進(jìn)行分析。

1 基于ANSYS的薄板焊接變形研究

1.1 薄板焊接結(jié)構(gòu)

薄板的焊接結(jié)構(gòu)是研究焊接變形中最主要的部分，薄板的焊接結(jié)構(gòu)通常是由多塊縱向拼接的側(cè)板以及上側(cè)梁組成，上側(cè)梁1根，側(cè)柱11根，在焊接之后形成的長(zhǎng)度主要是10618毫米，薄板的正面總共有36條長(zhǎng)焊縫，背面有9條長(zhǎng)焊縫，可見(jiàn)其焊接量比較大，這樣就很容易出現(xiàn)焊接變形。對(duì)于薄板結(jié)構(gòu)中的有限元模型采用的是四節(jié)點(diǎn)的四邊形，固有應(yīng)變的加載是將應(yīng)變值作為初始值加在固有應(yīng)變區(qū)，還可以相應(yīng)的簡(jiǎn)化模型，在進(jìn)行實(shí)際焊接的時(shí)候，應(yīng)該保證焊接電弧電壓是26V，電流是230A，焊接速度是每分鐘600毫米，焊接數(shù)值模擬中常利用熱源的形式，根據(jù)材料自身的導(dǎo)熱性獲得熱量，有限元模型主要包括溫度邊界條件與機(jī)械約束邊界條件，在機(jī)械約束邊界條件中主要考慮的是焊接中對(duì)焊件的約束。

1.2 基于ANSYS的薄板焊接變形分析

基于ANSYS通用軟件來(lái)對(duì)薄板進(jìn)行線性與非線性分析，然后通過(guò)線性的計(jì)算，讓第一階的屈曲因子小于1，再采用大變形的方式來(lái)確定出薄板焊接變形的大小情況，經(jīng)過(guò)一系列計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)在第一道工序的時(shí)候焊接變形比較小，主要是在薄板的兩端。第二道工序產(chǎn)生的變形比較大，第三道工序能讓側(cè)板出現(xiàn)一定的變形，其變形數(shù)值為8.8毫米，第四道工序變形主要出現(xiàn)在第一、二跨的上部位置，最大變形能從10.1毫米一直變化到25.2毫米。由于仿真結(jié)果只能給出薄板的相對(duì)變形情況，并不能反映出跨距內(nèi)平面度的大小，因此在檢測(cè)的時(shí)候要保證每平方米的平面誤差不能大于指定值，根據(jù)最小區(qū)域法來(lái)對(duì)平面度誤差進(jìn)行分析，也是在將實(shí)際平面的距離進(jìn)行測(cè)量的問(wèn)題。

1.3 不同焊接因素對(duì)變形的影響

對(duì)薄板變形產(chǎn)生影響的是由于不同的焊接因素，（1）為了降低薄板的焊接變形，可以利用正交試驗(yàn)的方法，通過(guò)選擇較好的生產(chǎn)工藝方案，才分析影響變形的因素，還要充分考慮到焊接的結(jié)構(gòu)參數(shù)，極差大小也能影響指標(biāo)的主次，通過(guò)對(duì)極差的分析可以看出板厚、電弧電壓、焊接電流以及焊接速度的極差數(shù)值變化，因此在試驗(yàn)中各因子對(duì)薄板變形的影響順序是板厚、電弧電壓、焊接速度以及焊接電流。（2）對(duì)數(shù)值模擬的分析。在溫度場(chǎng)的計(jì)算過(guò)程中，主要是進(jìn)行瞬態(tài)的計(jì)算，在起弧的時(shí)候會(huì)有一個(gè)很小的時(shí)間段來(lái)進(jìn)行初始溫度場(chǎng)的計(jì)算，利用ANSYS的APDL語(yǔ)言可以實(shí)現(xiàn)熱源載荷移動(dòng)，并實(shí)現(xiàn)移動(dòng)熱源的加載。通過(guò)一些循環(huán)計(jì)算也能確保整個(gè)焊接過(guò)程溫度場(chǎng)的變化，在剛開(kāi)始的時(shí)候內(nèi)，溫度是不穩(wěn)定的，但隨著焊件的逐漸升溫，焊件就會(huì)形成一定的準(zhǔn)穩(wěn)溫度場(chǎng)，也就是說(shuō)焊接上的熱源是不斷移動(dòng)的，同時(shí)焊件上的溫度隨著時(shí)間的變化而變化，在剛開(kāi)始的時(shí)間內(nèi)溫度是不穩(wěn)定的，當(dāng)焊件不斷升溫之后，焊機(jī)就可以形成穩(wěn)定的溫度場(chǎng)，各個(gè)點(diǎn)會(huì)根據(jù)均衡的溫度沿著焊件方向進(jìn)行推進(jìn)。在焊接的過(guò)程中要距離焊縫中心線0、5、10、15、20毫米的各點(diǎn)的熱循環(huán)曲線，當(dāng)焊接的熱源沿著焊接方向移動(dòng)的時(shí)候，焊件上的溫度就可以不斷升高，當(dāng)?shù)竭_(dá)最大值的時(shí)候又開(kāi)始從高到低，不斷隨著時(shí)間變化而變化，同時(shí)各點(diǎn)的升溫速度是明顯大于冷卻速度的，在冷卻的時(shí)候應(yīng)該保持各點(diǎn)溫度不斷接近于焊件本身的溫度。

2 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，主要對(duì)基于ANSYS的薄板焊接變形進(jìn)行研究，可以看出，基于ANSYS軟件平臺(tái)能夠?qū)⒁苿?dòng)熱源作為電弧熱輸入模式來(lái)進(jìn)行，并采用適當(dāng)?shù)臒徇吔鐏?lái)準(zhǔn)確的模擬鋁合金薄板焊接過(guò)程，利用ANSYS軟件的相應(yīng)語(yǔ)言，能夠很好的模擬焊接電弧移動(dòng)加熱過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的編程。對(duì)溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程與焊件上不同的熱循環(huán)進(jìn)行分析，從而得到焊件溫度場(chǎng)的分布規(guī)律，為以后的焊接應(yīng)力提供了一定的基礎(chǔ)。相信在眾多專業(yè)人員的共同努力下，未來(lái)我國(guó)焊接方面將會(huì)取得更大的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]王德倫，肖榮光.基于ANSYS的車身薄板件點(diǎn)焊漂移偏差仿真[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2012.

[2]林莉莉，石瑩.基于ANSYS的薄壁箱形梁的焊接溫度場(chǎng)分析[J].焊接技術(shù)，2014.