L型薄板接頭在不同焊接速度下應變場的研究

邵彥超

摘 要：本文分析了不同焊接速度對L型薄板接頭焊接工藝影響的問題。通過Simufact.welding有限元軟件仿真L型薄板接頭應變場的方法，提出研究問題。對比L型薄板接頭不同焊接速度下應變場的仿真結果，得出結論。此研究對工程機械薄板結構的焊接工藝具有指導意義。

關鍵詞：Simufact.welding L型薄板接頭 焊接速度 焊接工藝

0 引言

典型的工程機械結構中，存在著大量的焊接結構[1]。焊接工藝的選取將直接影響工程機械結構的質量。因此，在焊接過程中需要選取合理的焊接工藝。對于薄板焊接，其焊件具有厚度薄、剛度低、易于變形等特點，因此，對焊接工藝要求更高。

本文利用Simufact.welding軟件對L型薄板接頭進行焊接模擬，在環境溫度為20℃、電壓為24V、電流為50A、焊接速度分別為10mm/s、25mm/s、50mm/s時進行焊接仿真，對比分析不同焊接速度對焊接應變場的影響。

1 幾何模型

本文使用CATIA軟件建立焊接工裝模型，該模型由焊件、夾緊裝置、固定裝置和支撐裝置組成，其中焊件由兩塊薄板構成，底板尺寸為150mm50mm2.5mm，立板尺寸為150mm25mm2.5mm，A、B兩處的剛度為1000N/mm、夾持力為250N，幾何模型如圖1所示。

2 網格劃分

將幾何模型導入Simufact.welding軟件，用其網格劃分模塊Simlab進行網格劃分，本文采用的單元類型為六面體8節點單元，細化等級為1級，模型網格劃分結果為17722個節點，9891個單元。

3 焊接材料及焊接參數選擇

焊接模擬選用的材料為S235-JMP-MPM-sw；在焊接過程中，合理選擇焊接參數，可以有效地提高焊接性能[2]，焊接電壓為24V，焊接電流為50A，熱源效率為0.85[3]，焊接速度分別為10 mm/s、25 mm/s、50 mm/s。

4 應變場分析

在立板焊縫側的表面選取8個追蹤點（垂直于焊縫方向距焊縫中心距離為0、1.5mm、6mm、7.5mm、9mm、18mm、19.5mm、21mm）。

以不同的焊接速度仿真，同一追蹤點的應變變化趨勢是相同的。焊縫區域追蹤點的溫度變化趨勢為在焊槍經過追蹤點所在區域時迅速上升，然后趨于穩定；遠離焊縫區域追蹤點的溫度變化趨勢為在焊槍在經過追蹤點所在區域時緩慢上升，然后趨于穩定；靠近焊縫處追蹤點的應變大，遠離焊縫處追蹤點的應變小；隨著焊接速度的增加，同一追蹤點的應變不斷減小，出現這種現象的原因是焊接速度大，單位長度內熱量輸出較少，從而導致應變較小。

不同焊接速度下的最大應變如表1所示。

5 結論

本文利用Simufact.welding軟件對L型薄板接頭進行焊接模擬，在環境溫度為20℃、電壓為24V、電流為50A、焊接速度分別為10mm/s、25mm/s、50mm/s時進行焊接仿真，對比分析不同焊接速度對焊接應變場的影響。結果表明：合理選擇焊接速度，可以有效地降低焊接最大應變；在此研究中，當焊接速度為50mm/s時，焊接最大應變最小；

參考文獻：

[1] 楊建國，張雪秋，劉雪松，等.關于焊接殘余應力與應變問題的分析與探討[J].焊接，2008（4）：7-10.

[2] 曾顯恒.焊接工藝參數對汽車發動機用Mg-Gd-Y合金焊接接頭組織和性能的影響[J].鑄造技術，2015（4）：1019-1021.

[3] 曹守軍，伍開松，蔡燦.不同焊接速度下T形接頭焊接溫度場的模擬分析[J].科技傳播，2013（6）：94-96.