焊接顺序对建筑钢焊接变形的预测与研究

焊接顺序对建筑钢焊接变形的预测与研究

王硕 1，蔡玉强 2

（ 1.华北理工大学 机械工程学院，河北 唐山 063210）

摘要：为了研究焊接顺对钢模板焊接变形的影响，通过热弹塑性有限元法研究了焊接顺序对钢模板焊件变形的影响，对建筑钢模板规划了顺序焊、对称焊优先焊短焊缝、对称焊优先焊长焊缝3条不同顺序的焊接路径，并在钢模板各母件的焊缝区、近焊缝区、母材区设置了跟踪点，用Simufact.welding进行了仿真试验，结果表明焊件路径2产生的焊接弹性变形最小，得出结论采用对称焊先焊短焊缝规划的路径最优。

关键词： 钢模板;母件;焊接顺序;工艺参数;热弹塑性有限元法

中图分类号：TH128 文献标识码：A

1 引言

建筑钢模板结构制造行业焊接工作量很大，但我国建筑钢模板结构多是非标设计、构件品种多、母件和焊缝多、工艺繁杂，难以对焊件的变形进行预测^[1]。针对于钢模板焊件繁多的母件和焊缝，本文旨在研究不同焊接顺序焊接对建筑钢变形的影响。

随着计算机及计算技术的发展，数值模拟成为了焊接变形研究的主要手段，其常用的数值模拟方法有：热弹塑性有限元法和固有应变法，局部整体映射^[2]，热弹塑性法对整体结构模型进行传热和弹塑性计算，结果较精准^[3]。基于此，本文用专业焊接数值模拟仿真软件Simufact welding对钢模板焊件不同焊接路径进行仿真分析，根据热力学理论定义其高斯热源参数^[4]，用热弹塑性应力应变有限元理论对钢模板焊接变形进行预测。

2 钢模板构件的路径规划

根据实际工况，在所有组件都限位固定好的情况下，规划了3条焊接路径，路径1按照焊缝顺序规划，路径2按照对称焊接优先焊接短焊缝规划，路径3按照对称焊接优先焊接长焊缝规划。如图1和表1所示。

图1 焊缝图

表1 焊接路径规划

为了对三种不同路径的焊接顺序结果进行分析评价，分别在钢模板焊件三个母材槽钢、侧板、底板的焊缝区、近焊缝区以及母材区，沿着焊枪移动的方向分别选取三点，一共三组点，每组的跟踪点要求在同一纵坐标的不同横坐标，设置6个追踪，点1、4、7为焊缝区，点2、5、8为槽钢近焊缝区，点3、6、9为母材区。如图3所示。以点的形式研究在同一区域不同点的变形以及不同焊接顺序造成焊接变形的规律，分析结果能够更直观地观察出不同焊接路径对焊接变形的影响。

图2 追踪点的选取

3 结论

用Simufact welding仿真分析，得到弹性应变结果如表3所示，就整体而言，路径2弹性变形较小，以对称焊缝优先焊接短焊缝规划的焊接路径为最优路径。

表2 不同路径弹性应变值

参考文献：

1. 王磊．建筑钢结构焊接机器人研究与应用[J].焊接与切割，2015(24):26-27.

2. 邓德安,童彦刚,周中玉.薄壁低碳钢管焊接变形的数值模拟[J].焊接学报,2011,32(02):81-84+117.

3. 陈建波,罗宇,龙哲.大型复杂结构焊接变形热弹塑性有限元分析[J].焊接学报,2008(04):69-72+116.

4. 徐济进,陈立功,汪建华.基于固有应变法筒体对接多道焊焊接变形的预测[J].焊接学报,2007(01):77-80+117.

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