焊接變形預(yù)測技術(shù)的研究

蔣德森

摘要：在焊接過程中，需要做好焊接變形預(yù)測工作，降低焊接變形現(xiàn)象發(fā)生，提高構(gòu)件焊接的質(zhì)量。基于此，本文將從焊接構(gòu)架模型、幾何變形因素、固有應(yīng)變法、焊接變形控制等方面對焊接變形預(yù)測技術(shù)進行分析，保障焊接變形預(yù)測的準確性，使構(gòu)件焊接具有良好的效率。

關(guān)鍵詞：焊接變形;預(yù)測技術(shù);材料特性;固有應(yīng)變法

引言：

焊接變形屬于嚴重質(zhì)量問題，將會導(dǎo)致焊接構(gòu)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(yù)測方法，對焊接熱的影響范圍進行分析，并且對焊接構(gòu)件的固有應(yīng)變情況進行探究，使焊接操作更加的標準化。

1焊接變形預(yù)測技術(shù)概述

在焊接過程中，材料將會發(fā)生受熱不均的現(xiàn)象，導(dǎo)致構(gòu)件局部受熱較為嚴重，促使構(gòu)件發(fā)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(yù)測技術(shù)的應(yīng)用，避免焊接過程產(chǎn)生較大的熱量，對焊接構(gòu)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(gòu)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(dǎo)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(xiàn)象發(fā)生。焊接變形預(yù)熱技術(shù)具有較強的理論依據(jù)，能夠?qū)逃袘?yīng)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(yù)測的可靠性，保障構(gòu)件的焊接質(zhì)量[1]。

2焊接變形預(yù)測技術(shù)分析

2.1焊接構(gòu)架模型

通過焊接構(gòu)架模型，可以對焊接變形情況進行預(yù)測，降低構(gòu)件結(jié)構(gòu)對焊接過程的影響，防止焊接時構(gòu)件產(chǎn)生變形。對于較大的焊接構(gòu)架結(jié)構(gòu)，可以將模型分為底層、中間層和頂層，構(gòu)架一般采用方鋼進行焊接。構(gòu)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(gòu)建能夠得到有效支撐，提高焊接構(gòu)架的穩(wěn)定性。通過焊接構(gòu)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(yù)測。在焊接構(gòu)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(chǎn)生，降低焊接熱對局部構(gòu)件的影響。另一方面，需要防止熱源集中分布，避免構(gòu)件局部發(fā)生過熱現(xiàn)象，引起焊接變形現(xiàn)象發(fā)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(yù)測具有較強的可靠性，能夠?qū)?fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)進行分析，確定焊接熱對焊接過程的影響。在焊接預(yù)測過程中，需要對構(gòu)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(yù)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?qū)崃^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(yù)測的有效性。通過熱彈性有限單元法可以對焊接構(gòu)件的局部模型進行仿真，對固有應(yīng)變的變化情況進行預(yù)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(yù)測過程中，需要基于幾何變形因素進行分析，確定構(gòu)件形狀對焊接變形的影響，形成有效的預(yù)測效果。構(gòu)件形狀對熱彈性具有一定的影響，是引起局部發(fā)生變形的關(guān)鍵，并且會導(dǎo)致熱量的集中分布，使構(gòu)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(gòu)件幾何方面得到充分地考慮，提高構(gòu)件幾何結(jié)構(gòu)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(gòu)件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使構(gòu)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(wǎng)絡(luò)的設(shè)置，對焊接構(gòu)件的熱力情況進行模擬，提高幾何變形情況的預(yù)測水平，避免焊接變形現(xiàn)象發(fā)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(yù)測。在焊接預(yù)測過程中，需要考慮到材料溫度的相關(guān)性，對材料的物理參數(shù)進行分析，提高焊接變形預(yù)測的有效性。熱膨脹系數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)等將會影響焊接熱的傳遞，對于熱傳導(dǎo)系數(shù)較差的金屬材料，將會造成局部熱量堆積，導(dǎo)致構(gòu)件局部出現(xiàn)熱膨脹現(xiàn)象，引起焊接變形現(xiàn)象發(fā)生。在選擇焊接材料時，需要選擇導(dǎo)熱系數(shù)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(tài)下，將會進入融化狀態(tài)，彈性模量處于較低的范圍內(nèi)，一旦發(fā)生變形將無法恢復(fù)，不利于焊接過程的進行。

2.5固有應(yīng)變法

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

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

2.6焊接變形分析

在焊接過程中，容易導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生變形，產(chǎn)生大量的焊接熱，對構(gòu)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(dǎo)致構(gòu)件局部發(fā)生變形，導(dǎo)致構(gòu)件的焊接質(zhì)量下降。為了降低熱量對構(gòu)件的影響，需要做好焊接參數(shù)的選擇工作，焊接參數(shù)包括電流I（A）、電壓U（V）、速度V（cm/s）、效率η（%）。參數(shù)選擇由焊接構(gòu)件的單位能決定，通過對單位能的控制，可以防止構(gòu)件發(fā)生變形，提高焊接的質(zhì)量。焊接構(gòu)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(yù)測，降低焊接熱量的生成，防止焊接變形的現(xiàn)象出現(xiàn)。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(gòu)件受到重力與溫度的共同影響而發(fā)生變形，使焊接變形得到有效應(yīng)對。

結(jié)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(yù)測，提高構(gòu)件焊接的質(zhì)量。焊接變形預(yù)測過中，需要做好熱彈性應(yīng)變的分析工作，并且結(jié)合構(gòu)件的實際材料，分析焊接過程對構(gòu)件的固有應(yīng)變影響。同時，需要做好焊接參數(shù)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(fā)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(yù)測方法[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2021，43（06）：217-219.

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