L型薄板接头在不同焊接速度下应变场的研究

邵彦超

摘 要：本文分析了不同焊接速度对L型薄板接头焊接工艺影响的问题。通过Simufact.welding有限元软件仿真L型薄板接头应变场的方法，提出研究问题。对比L型薄板接头不同焊接速度下应变场的仿真结果，得出结论。此研究对工程机械薄板结构的焊接工艺具有指导意义。

关键词：Simufact.welding L型薄板接头 焊接速度 焊接工艺

0 引言

典型的工程機械结构中，存在着大量的焊接结构[1]。焊接工艺的选取将直接影响工程机械结构的质量。因此，在焊接过程中需要选取合理的焊接工艺。对于薄板焊接，其焊件具有厚度薄、刚度低、易于变形等特点，因此，对焊接工艺要求更高。

本文利用Simufact.welding软件对L型薄板接头进行焊接模拟，在环境温度为20℃、电压为24V、电流为50A、焊接速度分别为10mm/s、25mm/s、50mm/s时进行焊接仿真，对比分析不同焊接速度对焊接应变场的影响。

1 几何模型

本文使用CATIA软件建立焊接工装模型，该模型由焊件、夹紧装置、固定装置和支撑装置组成，其中焊件由两块薄板构成，底板尺寸为150mm50mm2.5mm，立板尺寸为150mm25mm2.5mm，A、B两处的刚度为1000N/mm、夹持力为250N，几何模型如图1所示。

2 网格划分

将几何模型导入Simufact.welding软件，用其网格划分模块Simlab进行网格划分，本文采用的单元类型为六面体8节点单元，细化等级为1级，模型网格划分结果为17722个节点，9891个单元。

3 焊接材料及焊接参数选择

焊接模拟选用的材料为S235-JMP-MPM-sw；在焊接过程中，合理选择焊接参数，可以有效地提高焊接性能[2]，焊接电压为24V，焊接电流为50A，热源效率为0.85[3]，焊接速度分别为10 mm/s、25 mm/s、50 mm/s。

4 应变场分析

在立板焊缝侧的表面选取8个追踪点（垂直于焊缝方向距焊缝中心距离为0、1.5mm、6mm、7.5mm、9mm、18mm、19.5mm、21mm）。

以不同的焊接速度仿真，同一追踪点的应变变化趋势是相同的。焊缝区域追踪点的温度变化趋势为在焊枪经过追踪点所在区域时迅速上升，然后趋于稳定；远离焊缝区域追踪点的温度变化趋势为在焊枪在经过追踪点所在区域时缓慢上升，然后趋于稳定；靠近焊缝处追踪点的应变大，远离焊缝处追踪点的应变小；随着焊接速度的增加，同一追踪点的应变不断减小，出现这种现象的原因是焊接速度大，单位长度内热量输出较少，从而导致应变较小。

不同焊接速度下的最大应变如表1所示。

5 结论

本文利用Simufact.welding软件对L型薄板接头进行焊接模拟，在环境温度为20℃、电压为24V、电流为50A、焊接速度分别为10mm/s、25mm/s、50mm/s时进行焊接仿真，对比分析不同焊接速度对焊接应变场的影响。结果表明：合理选择焊接速度，可以有效地降低焊接最大应变；在此研究中，当焊接速度为50mm/s时，焊接最大应变最小；

参考文献：

[1] 杨建国，张雪秋，刘雪松，等.关于焊接残余应力与应变问题的分析与探讨[J].焊接，2008（4）：7-10.

[2] 曾显恒.焊接工艺参数对汽车发动机用Mg-Gd-Y合金焊接接头组织和性能的影响[J].铸造技术，2015（4）：1019-1021.

[3] 曹守军，伍开松，蔡灿.不同焊接速度下T形接头焊接温度场的模拟分析[J].科技传播，2013（6）：94-96.