顶板焊接顺序优化减小焊接变形的预测_周广涛.pdf

第 3 0 卷 第 9 期 焊 　 接 　 学 　 报 Vol . 3 0 　No . 9 2 0 0 9 年 9 月 TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDIN G INSTITUTION September 　2009 顶板焊接顺序优化减小焊接变形的预测 1 ,2 2 2 2 　　　　　周广涛 , 　刘雪松 , 　闫德俊 , 　方洪渊 ( 　　　　　　 1. 华侨大学 机电及 自动化学院 , 厦门　361021 ; 　　　　　　　2 . 哈尔滨工业大学 现代焊接生产技术国家重点实验室 , 哈尔滨 　150001) 摘 　要 : 利用热弹塑性有限元方法对材料 Q345 大型吊车箱形梁分段的顶板结构焊接 变形进行了数值模拟计算 ,建立了分析模型 ,定量地描述了纵筋与顶板焊接顺序及横筋 与顶板焊接顺序对焊接变形的影响 ,并按照“与”的关系结合两者的最优化焊接顺序形 成整体焊接结构的最佳焊接顺序. 对预测的最佳焊接顺序下的变形模拟值和测量值进 行了对比. 结果表明 ,两者吻合良好 ,最优与最差的焊接顺序得到的变形量为 15. 12 和 28. 47 mm ,降低了47 % ,为实际生产提供了可靠的数值预测依据. 关键词 : 数值模拟 ; 焊接顺序 ; 优化 ; 预测 ( ) 中图分类号 : TG115. 28 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 0253 - 360X 2009 09 - 0109 - 04 周广涛 0 　序 　　言 1 　顶板模型建立 焊接变形影响焊接结构尺寸的精度 ,使结构之 1. 1 　顶板模型与有限元模型建立 间装配困难 ,或者勉强装配后 ,产生超过容许限度的 顶板结构由顶板 、2 条 T 形纵筋和 4 条横筋焊 装配应力而减弱承受能力. 焊接顺序对残余应力和 接组合而成 ,如图 1 所示. 该结构尺寸大 ,底板尺寸 变形产生的影响极大 , 因此质量要求较高的焊接结 为 13 . 6 m ×4 . 11 m ×0 . 032 m ;纵筋尺寸为 13 . 6 m × 构均要在其焊接工艺流程 中安排合理 的焊接顺 025 m ×0 . 01 m ;横筋尺寸为 2 . 905 m ×1. 015 m × 序[ 1] . 001 m. 接头均为 T 形 ,角焊缝布置在筋板两侧. 以 实际生产中对于焊接变形的控制主要依靠经验 每独立筋板按照 2 条焊缝计 ,焊缝共有 12 条. 和大量的试验 ,在产品出现焊接变形超出设计尺寸 要求时还须采取其它矫正措施 ,这样做既增加了成 [2 ] 本 ,又会改变残余应力的分布状态 . 优化焊接顺 序来控制焊接变形相对于其它方法是最简单易行又 节约成本的. 随着计算机的发展 ,有限元数值模拟 计算方法可以避免以往单纯依靠经验 、耗费成本的 试验来摸索参数的缺点[3 - 7 ] . 文中以吊车某一箱形梁组段的顶板焊接结构为 图 1 　有限元模型网格划分 研究对象 ,箱形梁焊接生产过程中最突出的问题就 Fig 1 　Me sh of FEM model 是存在较大焊接变形 ,因此研究上盖板的焊接过程 , 找到减小其焊接残余变形量的方法 ,对于实际生产