基于ANSYS的薄板焊接变形研究

屈葵林

摘 要：随着我国社会经济的快速发展，公路桥梁建设也发展的越来越好，我国已经相继完成了南京长江大桥、上海长江大桥等项目建设，焊接应力是金属结构在加工之后留在焊件内部的内应力，焊接残余应力与变形在一定的条件下会影响到焊件的使用，从而破坏金属加工的稳定性，要想改善薄板的焊接变形问题就需要采取相应的措施，从而延长焊接接头的使用寿命，本文就基于ANSYS的薄板焊接变形问题进行仔细的研究，希望能为以后该方面的工作提供一些帮助。

关键词：ANSYS；薄板；焊接变形；分析研究

中图分类号：TG404 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）14-0042-01

21世纪是科技的时代，各种新型技术应用在我国的各个领域中，ANSYS是世界范围内增长最快的计算机辅助工程软件，它在机械制造、电场、土木工程、地矿方面都有着一定的应用，同时ANSYS功能十分强大且操作方便，現在已经成为国际上最流行的分析软件，依据ANSYS有限元理论来对薄板焊接方法进行研究有一定的帮助，焊接是比较复杂的物理与化学过程，在焊接过程中涉及到的参数很多，通过只凭借工艺试验来了解焊接过程，成本比较昂贵且费时费力，本文就对基于ANSYS的薄板焊接变形问题进行分析。

1 基于ANSYS的薄板焊接变形研究

1.1 薄板焊接结构

薄板的焊接结构是研究焊接变形中最主要的部分，薄板的焊接结构通常是由多块纵向拼接的侧板以及上侧梁组成，上侧梁1根，侧柱11根，在焊接之后形成的长度主要是10618毫米，薄板的正面总共有36条长焊缝，背面有9条长焊缝，可见其焊接量比较大，这样就很容易出现焊接变形。对于薄板结构中的有限元模型采用的是四节点的四边形，固有应变的加载是将应变值作为初始值加在固有应变区，还可以相应的简化模型，在进行实际焊接的时候，应该保证焊接电弧电压是26V，电流是230A，焊接速度是每分钟600毫米，焊接数值模拟中常利用热源的形式，根据材料自身的导热性获得热量，有限元模型主要包括温度边界条件与机械约束边界条件，在机械约束边界条件中主要考虑的是焊接中对焊件的约束。

1.2 基于ANSYS的薄板焊接变形分析

基于ANSYS通用软件来对薄板进行线性与非线性分析，然后通过线性的计算，让第一阶的屈曲因子小于1，再采用大变形的方式来确定出薄板焊接变形的大小情况，经过一系列计算，可以发现在第一道工序的时候焊接变形比较小，主要是在薄板的两端。第二道工序产生的变形比较大，第三道工序能让侧板出现一定的变形，其变形数值为8.8毫米，第四道工序变形主要出现在第一、二跨的上部位置，最大变形能从10.1毫米一直变化到25.2毫米。由于仿真结果只能给出薄板的相对变形情况，并不能反映出跨距内平面度的大小，因此在检测的时候要保证每平方米的平面误差不能大于指定值，根据最小区域法来对平面度误差进行分析，也是在将实际平面的距离进行测量的问题。

1.3 不同焊接因素对变形的影响

对薄板变形产生影响的是由于不同的焊接因素，（1）为了降低薄板的焊接变形，可以利用正交试验的方法，通过选择较好的生产工艺方案，才分析影响变形的因素，还要充分考虑到焊接的结构参数，极差大小也能影响指标的主次，通过对极差的分析可以看出板厚、电弧电压、焊接电流以及焊接速度的极差数值变化，因此在试验中各因子对薄板变形的影响顺序是板厚、电弧电压、焊接速度以及焊接电流。（2）对数值模拟的分析。在温度场的计算过程中，主要是进行瞬态的计算，在起弧的时候会有一个很小的时间段来进行初始温度场的计算，利用ANSYS的APDL语言可以实现热源载荷移动，并实现移动热源的加载。通过一些循环计算也能确保整个焊接过程温度场的变化，在刚开始的时候内，温度是不稳定的，但随着焊件的逐渐升温，焊件就会形成一定的准稳温度场，也就是说焊接上的热源是不断移动的，同时焊件上的温度随着时间的变化而变化，在刚开始的时间内温度是不稳定的，当焊件不断升温之后，焊机就可以形成稳定的温度场，各个点会根据均衡的温度沿着焊件方向进行推进。在焊接的过程中要距离焊缝中心线0、5、10、15、20毫米的各点的热循环曲线，当焊接的热源沿着焊接方向移动的时候，焊件上的温度就可以不断升高，当到达最大值的时候又开始从高到低，不断随着时间变化而变化，同时各点的升温速度是明显大于冷却速度的，在冷却的时候应该保持各点温度不断接近于焊件本身的温度。

2 结语

综上所述，主要对基于ANSYS的薄板焊接变形进行研究，可以看出，基于ANSYS软件平台能够将移动热源作为电弧热输入模式来进行，并采用适当的热边界来准确的模拟铝合金薄板焊接过程，利用ANSYS软件的相应语言，能够很好的模拟焊接电弧移动加热过程，从而实现参数化的编程。对温度场的动态过程与焊件上不同的热循环进行分析，从而得到焊件温度场的分布规律，为以后的焊接应力提供了一定的基础。相信在众多专业人员的共同努力下，未来我国焊接方面将会取得更大的进步。

参考文献

[1]王德伦，肖荣光.基于ANSYS的车身薄板件点焊漂移偏差仿真[J].四川兵工学报，2012.

[2]林莉莉，石莹.基于ANSYS的薄壁箱形梁的焊接温度场分析[J].焊接技术，2014.