焊接变形预测技术的研究

蒋德森

摘要：在焊接过程中，需要做好焊接变形预测工作，降低焊接变形现象发生，提高构件焊接的质量。基于此，本文将从焊接构架模型、几何变形因素、固有应变法、焊接变形控制等方面对焊接变形预测技术进行分析，保障焊接变形预测的准确性，使构件焊接具有良好的效率。

关键词：焊接变形;预测技术;材料特性;固有应变法

引言：

焊接变形属于严重质量问题，将会导致焊接构件无法正常使用，不利于焊接工作的进行。为此，需要做好焊接变形的控制工作，采用有效的焊接预测方法，对焊接热的影响范围进行分析，并且对焊接构件的固有应变情况进行探究，使焊接操作更加的标准化。

1焊接变形预测技术概述

在焊接过程中，材料将会发生受热不均的现象，导致构件局部受热较为严重，促使构件发生焊接变形。为了有效地解决焊接变形问题，需要注重焊接变形预测技术的应用，避免焊接过程产生较大的热量，对焊接构件形成有效地保护。引起焊接变形的因素较多，主要受到焊接热的影响，局部温度过高而使构件变形。同时，受热部位还会受到重力的影响，焊接部位的承受压力较大，导致焊接变形问题加剧。同时，还会受到焊接工艺的影响，如焊接速度、焊接顺序等，需要对焊接工艺进行控制，防止焊接变形现象发生。焊接变形预热技术具有较强的理论依据，能够对固有应变进行有效评估，对焊接热进行准确计算，进而提高焊接变形预测的可靠性，保障构件的焊接质量[1]。

2焊接变形预测技术分析

2.1焊接构架模型

通过焊接构架模型，可以对焊接变形情况进行预测，降低构件结构对焊接过程的影响，防止焊接时构件产生变形。对于较大的焊接构架结构，可以将模型分为底层、中间层和顶层，构架一般采用方钢进行焊接。构架由下至上按照层次划分，在方钢用量方面将会逐渐增加，可以降低焊接过程中重力变形的影响，保障焊接构建能够得到有效支撑，提高焊接构架的稳定性。通过焊接构架模型，可以确定各个焊接点的受力情况，同时对焊接热的作用效果进行分析，使焊接变形得到有效地预测。在焊接构架确定后，需要对焊接接头进行处理，分析局部焊接接头的热源校核，对热源做好仿真分析工作。一方面，需要避免热源的产生，降低焊接热对局部构件的影响。另一方面，需要防止热源集中分布，避免构件局部发生过热现象，引起焊接变形现象发生。

2.2热弹性有限单元法

热弹性有限单元法对焊接变形预测具有较强的可靠性，能够对复杂的焊接结构进行分析，确定焊接热对焊接过程的影响。在焊接预测过程中，需要对构件的热弹性有限元进行模拟，对焊接热的分布情况进行分析，提高焊接变形预测的精准程度。采用这种分析方式，可以对焊接过程的几何非线性进行处理，能够对热力过程进行准确地分析，能够更好地确定热力的变化情况，保障焊接变形预测的有效性。通过热弹性有限单元法可以对焊接构件的局部模型进行仿真，对固有应变的变化情况进行预测，使热弹性的影响得到准确分析。

2.3几何变形因素分析

焊接变形预测过程中，需要基于几何变形因素进行分析，确定构件形状对焊接变形的影响，形成有效的预测效果。构件形状对热弹性具有一定的影响，是引起局部发生变形的关键，并且会导致热量的集中分布，使构件存在较大的焊接变形隐患。同时，需要做好几何变形分析工作，采用平面分析、壳分析等方式，使构件几何方面得到充分地考虑，提高构件几何结构的分析效率，对焊接热的分布情况进行评估。受到几何因素的影响，焊接变形分为有角变形和弯曲变形，需要保证局部构件结构的稳定性，使构件形状符合焊接条件。为了降低几何变形因素的影响，需要做好加密网络的设置，对焊接构件的热力情况进行模拟，提高几何变形情况的预测水平，避免焊接变形现象发生[2]。

2.4材料特性变形影响

材料特性对焊接变形具有一定的影响，需要对焊接材料的特性进行分析，对焊接变形进行预测。在焊接预测过程中，需要考虑到材料温度的相关性，对材料的物理参数进行分析，提高焊接变形预测的有效性。热膨胀系数、热传导系数等将会影响焊接热的传递，对于热传导系数较差的金属材料，将会造成局部热量堆积，导致构件局部出现热膨胀现象，引起焊接变形现象发生。在选择焊接材料时，需要选择导热系数高、屈服强度高的材料，这样可以降低焊接变形的影响，保障焊接热的传递效果，提高焊接变形控制的有效性。焊接材料在高温状态下，将会进入融化状态，弹性模量处于较低的范围内，一旦发生变形将无法恢复，不利于焊接过程的进行。

2.5固有应变法

在焊接过程中，将会产生收缩、膨胀等问题，进而产生较大的固有应变，导致构件达到应变的极限，促使焊接变形的产生。固有应变具有较强的叠加性，由塑性应变（εP）、热应变（εT）、相应变（εX）构成。因此，固有应变的计算公式如下：

对于多数构件而言，均存在固有应变问题，在残余应力的作用下，使焊接构件发生热膨胀，导致构件发生变形，严重时会产生焊接裂纹，使得焊接构件质量严重下降。塑性应变一般采用采用有限元弹性进行分析，对焊接时塑性应变情况进行预测，降低塑性应变对固有应变的影响。在热应变方面，需要对热循环次数进行控制，在热循环次数较小的情况下，能够降低焊接热对构件的影响，避免焊接变形现象发生。在相应变方面，主要由构件材料决定，如低碳钢材料，具有较低的相应变效果，可以降低固有应变的整体水平。

2.6焊接變形分析

在焊接过程中，容易导致构件发生变形，产生大量的焊接热，对构件造成严重的影响。在众多焊接形式中，手工焊对焊接变形的影响较大，相较于二氧化碳保护焊，在焊接热防护方面效果较差，一旦热量分布较为集中，将会导致构件局部发生变形，导致构件的焊接质量下降。为了降低热量对构件的影响，需要做好焊接参数的选择工作，焊接参数包括电流I（A）、电压U（V）、速度V（cm/s）、效率η（%）。参数选择由焊接构件的单位能决定，通过对单位能的控制，可以防止构件发生变形，提高焊接的质量。焊接构件单位能计算公式如下：

通过上述公式，可以对焊接变形情况进行预测，降低焊接热量的生成，防止焊接变形的现象出现。此外，需要合理对焊接工艺进行选择，对焊接顺序进行控制，可以防止构件受到重力与温度的共同影响而发生变形，使焊接变形得到有效应对。

结论：

综上所述，做好焊接变形控制工作非常重要，采取焊接操作前，需要对焊接变形情况进行预测，提高构件焊接的质量。焊接变形预测过中，需要做好热弹性应变的分析工作，并且结合构件的实际材料，分析焊接过程对构件的固有应变影响。同时，需要做好焊接参数的选择工作，合理对焊接单位能进行评估，避免焊接变形问题发生。

参考文献：

[1]李云，庞君，汤婧，等.大型海损船修理焊接变形预测方法[J].舰船科学技术，2021，43（06）：217-219.

[2]张金玉，门志辉，刘靖楠，等.机器人小车焊接构架变形预测和分析[J].计算机辅助工程，2020，29（03）：47-50.