預(yù)測(cè)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種預(yù)測(cè)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法。該發(fā)明根據(jù)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接工藝，選取適當(dāng)?shù)暮附訉?shí)驗(yàn)板和應(yīng)變片，采用盲孔法提取其焊接過(guò)程中的變形量；針對(duì)實(shí)驗(yàn)板和大型結(jié)構(gòu)件建模及網(wǎng)格劃分；采用熱彈性有限元法初步確定試驗(yàn)件的焊接變形量，并與實(shí)測(cè)值對(duì)比，通過(guò)微調(diào)邊界條件以及裝夾條件，使二者誤差小于15%；將實(shí)驗(yàn)板計(jì)算得到的變形量，通過(guò)固有應(yīng)變法直接加載到大型結(jié)構(gòu)件的焊接變形計(jì)算中，完成大型結(jié)構(gòu)件焊接變形預(yù)測(cè)。本發(fā)明采用少量的工藝試驗(yàn)，結(jié)合固有應(yīng)變法，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接變形定量預(yù)測(cè)和變形趨勢(shì)分析，降低了大型結(jié)構(gòu)件焊接工藝試驗(yàn)成本，減少試驗(yàn)工作量以及模擬計(jì)算量，對(duì)雷達(dá)焊接生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。
【專利說(shuō)明】預(yù)測(cè)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接工藝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用數(shù)值模擬技術(shù)預(yù)測(cè)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊縫密集，造成焊接成型過(guò)程中結(jié)構(gòu)件變形量大，嚴(yán)重影響雷達(dá)整體工作性能，為此，必須在焊接成型過(guò)程中采取措施減少焊接變形。一般情況下，工藝人員通過(guò)制作結(jié)構(gòu)件的小模型，然后，對(duì)其施焊，從而探索合適的焊接工藝。該方法不僅工作量大，周期長(zhǎng)，成本高昂，而且針對(duì)小模型的焊接工藝一般難以滿足大型結(jié)構(gòu)件的焊接要求。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展，使得精確模擬焊接變形成為可能。目前尚無(wú)針對(duì)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接變形預(yù)測(cè)的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了進(jìn)一步精確預(yù)測(cè)大型結(jié)構(gòu)件焊接變形趨勢(shì)以及變形量，解決焊接變形控制現(xiàn)有技術(shù)成本過(guò)高的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種預(yù)測(cè)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法。
[0004]本發(fā)明采用工藝試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)固有應(yīng)變法，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接過(guò)程變形的定量預(yù)測(cè)以及焊接變形趨勢(shì)的定性分析。同時(shí)也為其他大型結(jié)構(gòu)件的焊接變形預(yù)測(cè)提供可簽的方法。
[0005]本發(fā)明的具體操作步驟如下:
預(yù)測(cè)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接變形方法的具體操作步驟如下:
1)確定雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)焊接參數(shù)，主要包括:待焊件材料為高強(qiáng)鋼、待焊件厚度為3mm、接頭形式為對(duì)接、破口形式為V型坡口、焊接電壓為25?27 V、焊接速度為4.5?5.5 mm/s ；
2)取規(guī)格200X200X3mm高強(qiáng)鋼材的實(shí)驗(yàn)板6塊，兩塊實(shí)驗(yàn)板為一組，按步驟I)的MIG焊接工藝，將兩塊實(shí)驗(yàn)板焊接在一起，二者之間形成焊縫，得到三塊焊接件；
3)采用盲孔法測(cè)量實(shí)驗(yàn)板焊接的變形量以及分布，在每塊焊接件的焊縫中心位置處打盲孔，孔深1.5_，并在盲孔周圍區(qū)域布置應(yīng)變片，應(yīng)變片距離焊縫中心線的長(zhǎng)度分別為Imm, 3.5 mm, 6.5 mm, 8.5 mm, 10.5 mm, 14.5 mm以及20 mm ;通過(guò)應(yīng)力儀測(cè)試并記錄每塊焊接件的焊縫周圍區(qū)域的焊接變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得到三組焊接變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；
4)利用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld對(duì)三塊焊接件分別建立三維模型、劃分網(wǎng)格、施加約束以及選擇熱源模型；選用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld中編號(hào)76的三維實(shí)體單元為建模單元建立焊接件三維模型，以每個(gè)建模單元三維方向的位移為自由度，在焊接件三維模型上靠近焊縫區(qū)域采用加密網(wǎng)格劃分，外圍焊縫區(qū)域采用稀疏網(wǎng)格劃分；在焊接件三維模型的底部以及對(duì)稱面施加約束；選用高斯熱源模型模擬焊接熱源；
5)采用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld中的熱彈性有限元法分別計(jì)算三塊焊接件的焊接變形，得到三組焊接變形模擬數(shù)據(jù)； 6)將每塊焊接件的焊接變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和焊接變形模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，若二者誤差小于或等于15%，則記錄下焊接件在模擬焊接時(shí)采用的相關(guān)邊界條件、加載條件以及熱源模型參數(shù)，以便于后來(lái)加載到雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件中，若二者誤差大于15%，則調(diào)整焊接件在模擬焊接時(shí)采用的相關(guān)邊界條件、加載條件以及熱源模型參數(shù)，直至二者的誤差小于15% ；
7)利用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld對(duì)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件建立三維模型、劃分網(wǎng)格、施加約束以及選擇熱源模型；所述雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件是由兩根縱梁和兩根縱梁之間的若干根橫梁通過(guò)焊接形成的矩形框架狀，在雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的三維模型上靠近焊縫區(qū)域采用加密網(wǎng)格劃分，外圍焊縫區(qū)域采用稀疏網(wǎng)格劃分；在雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的三維模型的底部以及對(duì)稱面施加約束；選用高斯熱源模型模擬焊接熱源；將步驟6)中符合要求的試驗(yàn)件焊接變形模擬數(shù)據(jù)提取出來(lái)，加載到雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件上，對(duì)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的三維模型焊接變形量進(jìn)行計(jì)算，得到雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的三維模型焊接變形模擬數(shù)據(jù)；
8)讀取雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的三維模型焊接變形模擬數(shù)據(jù)，整理并分析計(jì)算結(jié)果，得出雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件實(shí)際MIG焊接過(guò)程中的變形趨勢(shì)和變形數(shù)量，以便于焊前采取相應(yīng)措施減少變形量。
[0006]所述步驟4)中的加密網(wǎng)格的步長(zhǎng)為0.5。
[0007]所述步驟4)中的稀疏網(wǎng)格的步長(zhǎng)為10。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面:
1)將雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接工藝試驗(yàn)由目前至少進(jìn)行3次，減少為至少進(jìn)行I次，縮短了雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接生產(chǎn)時(shí)間；
2)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接試驗(yàn)件的制造數(shù)量減少了2/3，大幅度降低雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)成本；
3)本發(fā)明針對(duì)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件實(shí)際尺寸仿真，避免了現(xiàn)有焊接工藝試驗(yàn)件多采用微縮模型，得到的焊接工藝不適用于實(shí)際尺寸的雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的缺點(diǎn)；
4)本發(fā)明采用的變形預(yù)測(cè)方法將雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的仿真計(jì)算時(shí)間由3?5天，控制在24小時(shí)以內(nèi)，縮短了雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件仿真的時(shí)間。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)板的焊接變形測(cè)試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果。
[0011]上圖中序號(hào):縱梁1、橫梁2。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
[0013]參見(jiàn)圖1，雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件包括由兩根平行的縱梁1，兩根縱梁I之間若干根橫梁2，通過(guò)焊接形成矩形框架狀，其中縱梁I的長(zhǎng)度為8000mm，橫梁2的長(zhǎng)度為IOOOmm ;縱梁I的橫截面為長(zhǎng)方形，由兩根U形的型鋼相對(duì)焊接而成;U形的型鋼的材料為Domex高強(qiáng)型鋼，厚度均為3mm。
[0014]對(duì)上述雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接變形預(yù)測(cè)的具體操作步驟如下:
I)確定雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的MIG焊接參數(shù)，主要包括:待焊件材料為高強(qiáng)鋼、待焊件厚度為3mm、接頭形式為對(duì)接、破口形式采用V型、焊接電壓為25V、焊接速度為5 mm/s ；
2)采用厚度為3mm的Domex高強(qiáng)鋼板，制備規(guī)格200X200X3mm的6塊的焊接實(shí)驗(yàn)板，兩塊實(shí)驗(yàn)板為一組，依據(jù)熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)工藝，將兩塊實(shí)驗(yàn)板焊接在一起，二者之間形成焊縫，得到三塊焊接件；
3)采用盲孔法測(cè)量實(shí)驗(yàn)板焊接的變形量以及分布，在每塊焊接件的焊縫中心位置處打盲孔，孔深1.5_，并在盲孔周圍區(qū)域布置應(yīng)變片，應(yīng)變片距離焊縫中心線的長(zhǎng)度分別為Imm, 3.5 mm, 6.5 mm, 8.5 mm, 10.5 mm, 14.5 mm以及20 mm ;通過(guò)應(yīng)力儀測(cè)試并記錄每塊焊接件焊縫周圍區(qū)域的焊接變形狀況；三塊焊接件的焊接變形的實(shí)測(cè)結(jié)果，如圖2所示；
4)利用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld對(duì)三塊焊接件分別建立三維模型、劃分網(wǎng)格、施加約束以及選擇熱源模型；選用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld中編號(hào)76的三維實(shí)體單元為建模單元建立焊接件三維模型，以每個(gè)建模單元三維方向的位移為自由度，在焊接件三維模型上靠近焊縫區(qū)域采用加密網(wǎng)格劃分，加密網(wǎng)格的步長(zhǎng)為0.5，外圍焊縫區(qū)域采用稀疏網(wǎng)格劃分，稀疏網(wǎng)格的步長(zhǎng)為10。在焊接件三維模型的底部以及對(duì)稱面施加約束；選用高斯熱源模型模擬焊接熱源；
5)采用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld中的熱彈性有限元法分別計(jì)算三塊焊接件的焊接變形，得到三組焊接變形模擬數(shù)據(jù)；三塊焊接件的焊接變形的模擬結(jié)果，如圖2所示；
6)將每塊焊接件的焊接變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和焊接變形模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，若二者誤差小于或等于15%，則記錄下焊接件在模擬焊接時(shí)采用的相關(guān)邊界條件、加載條件以及熱源模型參數(shù)，以便于后來(lái)加載到雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件中，若二者誤差大于15%，則調(diào)整焊接件在模擬焊接時(shí)采用的相關(guān)邊界條件、加載條件以及熱源模型參數(shù)，直至二者的誤差小于15% ；
7)對(duì)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件建模、網(wǎng)格劃分和施加約束；
某型號(hào)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件如圖1所示，包括由兩根平行的縱梁1，兩根縱梁I之間若干根橫梁2，通過(guò)焊接形成矩形框架狀，其中縱梁I的長(zhǎng)度為8000mm，橫梁2的長(zhǎng)度為IOOOmm ；參見(jiàn)圖2，縱梁的橫截面為長(zhǎng)方形，由兩個(gè)U形的第一型鋼和第二型鋼，相對(duì)焊接成型；第一型鋼和第二型鋼的材料均為Domex高強(qiáng)型鋼，厚度均為3mm。采用實(shí)際尺寸對(duì)大型結(jié)構(gòu)件進(jìn)行建模。劃分網(wǎng)格時(shí)，為保證焊接變形預(yù)測(cè)的精度，各處的焊縫位置處采用加密網(wǎng)格，加密網(wǎng)格的步長(zhǎng)為0.5,遠(yuǎn)尚焊縫處米用稀疏網(wǎng)格,稀疏網(wǎng)格的步長(zhǎng)為10 ;每隔IOOOmm處施加二維方向的約束；
8)采用固有應(yīng)變法進(jìn)行焊接變形模擬計(jì)算并讀取焊接變形模擬數(shù)據(jù)。將調(diào)整后實(shí)驗(yàn)板的焊接變形量數(shù)據(jù)，作為初始條件加載到大型結(jié)構(gòu)件模型上，進(jìn)行焊接變形計(jì)算，以減少計(jì)算量，順利實(shí)現(xiàn)雷達(dá)型結(jié)構(gòu)件焊接變形模擬。整理并分析雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的焊接變形模擬數(shù)據(jù)，得出雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件實(shí)際MIG焊接過(guò)程中的變形趨勢(shì)和變形數(shù)量，以便于焊前采取相應(yīng)措施減少變形量。
[0015]上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)，只是本發(fā)明較優(yōu)選的【具體實(shí)施方式】的一種，并非可以用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.預(yù)測(cè)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法，其特征在于，具體操作步驟如下: 1)確定雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)焊接參數(shù)，主要包括:待焊件材料為高強(qiáng)鋼、待焊件厚度為3mm、接頭形式為對(duì)接、破口形式為V型坡口、焊接電壓為25?27 V、焊接速度為4.5?5.5 mm/s ； 2)取規(guī)格200X200X3mm高強(qiáng)鋼材的實(shí)驗(yàn)板6塊，兩塊實(shí)驗(yàn)板為一組，按步驟I)的MIG焊接工藝，將兩塊實(shí)驗(yàn)板焊接在一起，二者之間形成焊縫，得到三塊焊接件； 3)采用盲孔法測(cè)量實(shí)驗(yàn)板焊接的變形量以及分布，在每塊焊接件的焊縫中心位置處打盲孔，孔深1.5_，并在盲孔周圍區(qū)域布置應(yīng)變片，應(yīng)變片距離焊縫中心線的長(zhǎng)度分別為Imm, 3.5 mm, 6.5 mm, 8.5 mm, 10.5 mm, 14.5 mm以及20 mm ;通過(guò)應(yīng)力儀測(cè)試并記錄每塊焊接件的焊縫周圍區(qū)域的焊接變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得到三組焊接變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)； 4)利用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld對(duì)三塊焊接件分別建立三維模型、劃分網(wǎng)格、施加約束以及選擇熱源模型；選用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld中編號(hào)76的三維實(shí)體單元為建模單元建立焊接件三維模型，以每個(gè)建模單元三維方向的位移為自由度，在焊接件三維模型上靠近焊縫區(qū)域采用加密網(wǎng)格劃分，外圍焊縫區(qū)域采用稀疏網(wǎng)格劃分；在焊接件三維模型的底部以及對(duì)稱面施加約束；選用高斯熱源模型模擬焊接熱源； 5)采用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld中的熱彈性有限元法分別計(jì)算三塊焊接件的焊接變形，得到三組焊接變形模擬數(shù)據(jù)； 6)將每塊焊接件的焊接變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和焊接變形模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，若二者誤差小于或等于15%，則記錄下焊接件在模擬焊接時(shí)采用的相關(guān)邊界條件、加載條件以及熱源模型參數(shù)，以便于后來(lái)加載到雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件中，若二者誤差大于15%，則調(diào)整焊接件在模擬焊接時(shí)采用的相關(guān)邊界條件、加載條件以及熱源模型參數(shù)，直至二者的誤差小于15% ； 7)利用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld對(duì)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件建立三維模型、劃分網(wǎng)格、施加約束以及選擇熱源模型；所述雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件是由兩根縱梁和兩根縱梁之間的若干根橫梁通過(guò)焊接形成的矩形框架狀，在雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的三維模型上靠近焊縫區(qū)域采用加密網(wǎng)格劃分，外圍焊縫區(qū)域采用稀疏網(wǎng)格劃分；在雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的三維模型的底部以及對(duì)稱面施加約束；選用高斯熱源模型模擬焊接熱源；將步驟6)中符合要求的試驗(yàn)件焊接變形模擬數(shù)據(jù)提取出來(lái)，加載到雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件上，對(duì)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的三維模型焊接變形量進(jìn)行計(jì)算，得到雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的三維模型焊接變形模擬數(shù)據(jù)； 8)讀取雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件的三維模型焊接變形模擬數(shù)據(jù)，整理并分析計(jì)算結(jié)果，得出雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件實(shí)際MIG焊接過(guò)程中的變形趨勢(shì)和變形數(shù)量，以便于焊前采取相應(yīng)措施減少變形量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法，其特征在于:所述步驟4)中的加密網(wǎng)格的步長(zhǎng)為0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)雷達(dá)大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法，其特征在于:所述步驟4)中的稀疏網(wǎng)格的步長(zhǎng)為10。
【文檔編號(hào)】B23K31/12GK103551712SQ201310521197
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】欒兆菊, 譚貴紅, 謝旻 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所