焊接變形預測技術的研究

蔣德森

摘要：在焊接過程中，需要做好焊接變形預測工作，降低焊接變形現象發生，提高構件焊接的質量。基于此，本文將從焊接構架模型、幾何變形因素、固有應變法、焊接變形控制等方面對焊接變形預測技術進行分析，保障焊接變形預測的準確性，使構件焊接具有良好的效率。

關鍵詞：焊接變形;預測技術;材料特性;固有應變法

引言：

焊接變形屬于嚴重質量問題，將會導致焊接構件無法正常使用，不利于焊接工作的進行。為此，需要做好焊接變形的控制工作，采用有效的焊接預測方法，對焊接熱的影響范圍進行分析，并且對焊接構件的固有應變情況進行探究，使焊接操作更加的標準化。

1焊接變形預測技術概述

在焊接過程中，材料將會發生受熱不均的現象，導致構件局部受熱較為嚴重，促使構件發生焊接變形。為了有效地解決焊接變形問題，需要注重焊接變形預測技術的應用，避免焊接過程產生較大的熱量，對焊接構件形成有效地保護。引起焊接變形的因素較多，主要受到焊接熱的影響，局部溫度過高而使構件變形。同時，受熱部位還會受到重力的影響，焊接部位的承受壓力較大，導致焊接變形問題加劇。同時，還會受到焊接工藝的影響，如焊接速度、焊接順序等，需要對焊接工藝進行控制，防止焊接變形現象發生。焊接變形預熱技術具有較強的理論依據，能夠對固有應變進行有效評估，對焊接熱進行準確計算，進而提高焊接變形預測的可靠性，保障構件的焊接質量[1]。

2焊接變形預測技術分析

2.1焊接構架模型

通過焊接構架模型，可以對焊接變形情況進行預測，降低構件結構對焊接過程的影響，防止焊接時構件產生變形。對于較大的焊接構架結構，可以將模型分為底層、中間層和頂層，構架一般采用方鋼進行焊接。構架由下至上按照層次劃分，在方鋼用量方面將會逐漸增加，可以降低焊接過程中重力變形的影響，保障焊接構建能夠得到有效支撐，提高焊接構架的穩定性。通過焊接構架模型，可以確定各個焊接點的受力情況，同時對焊接熱的作用效果進行分析，使焊接變形得到有效地預測。在焊接構架確定后，需要對焊接接頭進行處理，分析局部焊接接頭的熱源校核，對熱源做好仿真分析工作。一方面，需要避免熱源的產生，降低焊接熱對局部構件的影響。另一方面，需要防止熱源集中分布，避免構件局部發生過熱現象，引起焊接變形現象發生。

2.2熱彈性有限單元法

熱彈性有限單元法對焊接變形預測具有較強的可靠性，能夠對復雜的焊接結構進行分析，確定焊接熱對焊接過程的影響。在焊接預測過程中，需要對構件的熱彈性有限元進行模擬，對焊接熱的分布情況進行分析，提高焊接變形預測的精準程度。采用這種分析方式，可以對焊接過程的幾何非線性進行處理，能夠對熱力過程進行準確地分析，能夠更好地確定熱力的變化情況，保障焊接變形預測的有效性。通過熱彈性有限單元法可以對焊接構件的局部模型進行仿真，對固有應變的變化情況進行預測，使熱彈性的影響得到準確分析。

2.3幾何變形因素分析

焊接變形預測過程中，需要基于幾何變形因素進行分析，確定構件形狀對焊接變形的影響，形成有效的預測效果。構件形狀對熱彈性具有一定的影響，是引起局部發生變形的關鍵，并且會導致熱量的集中分布，使構件存在較大的焊接變形隱患。同時，需要做好幾何變形分析工作，采用平面分析、殼分析等方式，使構件幾何方面得到充分地考慮，提高構件幾何結構的分析效率，對焊接熱的分布情況進行評估。受到幾何因素的影響，焊接變形分為有角變形和彎曲變形，需要保證局部構件結構的穩定性，使構件形狀符合焊接條件。為了降低幾何變形因素的影響，需要做好加密網絡的設置，對焊接構件的熱力情況進行模擬，提高幾何變形情況的預測水平，避免焊接變形現象發生[2]。

2.4材料特性變形影響

材料特性對焊接變形具有一定的影響，需要對焊接材料的特性進行分析，對焊接變形進行預測。在焊接預測過程中，需要考慮到材料溫度的相關性，對材料的物理參數進行分析，提高焊接變形預測的有效性。熱膨脹系數、熱傳導系數等將會影響焊接熱的傳遞，對于熱傳導系數較差的金屬材料，將會造成局部熱量堆積，導致構件局部出現熱膨脹現象，引起焊接變形現象發生。在選擇焊接材料時，需要選擇導熱系數高、屈服強度高的材料，這樣可以降低焊接變形的影響，保障焊接熱的傳遞效果，提高焊接變形控制的有效性。焊接材料在高溫狀態下，將會進入融化狀態，彈性模量處于較低的范圍內，一旦發生變形將無法恢復，不利于焊接過程的進行。

2.5固有應變法

在焊接過程中，將會產生收縮、膨脹等問題，進而產生較大的固有應變，導致構件達到應變的極限，促使焊接變形的產生。固有應變具有較強的疊加性，由塑性應變（εP）、熱應變（εT）、相應變（εX）構成。因此，固有應變的計算公式如下：

對于多數構件而言，均存在固有應變問題，在殘余應力的作用下，使焊接構件發生熱膨脹，導致構件發生變形，嚴重時會產生焊接裂紋，使得焊接構件質量嚴重下降。塑性應變一般采用采用有限元彈性進行分析，對焊接時塑性應變情況進行預測，降低塑性應變對固有應變的影響。在熱應變方面，需要對熱循環次數進行控制，在熱循環次數較小的情況下，能夠降低焊接熱對構件的影響，避免焊接變形現象發生。在相應變方面，主要由構件材料決定，如低碳鋼材料，具有較低的相應變效果，可以降低固有應變的整體水平。

2.6焊接變形分析

在焊接過程中，容易導致構件發生變形，產生大量的焊接熱，對構件造成嚴重的影響。在眾多焊接形式中，手工焊對焊接變形的影響較大，相較于二氧化碳保護焊，在焊接熱防護方面效果較差，一旦熱量分布較為集中，將會導致構件局部發生變形，導致構件的焊接質量下降。為了降低熱量對構件的影響，需要做好焊接參數的選擇工作，焊接參數包括電流I（A）、電壓U（V）、速度V（cm/s）、效率η（%）。參數選擇由焊接構件的單位能決定，通過對單位能的控制，可以防止構件發生變形，提高焊接的質量。焊接構件單位能計算公式如下：

通過上述公式，可以對焊接變形情況進行預測，降低焊接熱量的生成，防止焊接變形的現象出現。此外，需要合理對焊接工藝進行選擇，對焊接順序進行控制，可以防止構件受到重力與溫度的共同影響而發生變形，使焊接變形得到有效應對。

結論：

綜上所述，做好焊接變形控制工作非常重要，采取焊接操作前，需要對焊接變形情況進行預測，提高構件焊接的質量。焊接變形預測過中，需要做好熱彈性應變的分析工作，并且結合構件的實際材料，分析焊接過程對構件的固有應變影響。同時，需要做好焊接參數的選擇工作，合理對焊接單位能進行評估，避免焊接變形問題發生。

參考文獻：

[1]李云，龐君，湯婧，等.大型海損船修理焊接變形預測方法[J].艦船科學技術，2021，43（06）：217-219.

[2]張金玉，門志輝，劉靖楠，等.機器人小車焊接構架變形預測和分析[J].計算機輔助工程，2020，29（03）：47-50.