預測雷達大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種預測雷達大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法。該發(fā)明根據(jù)雷達大型結(jié)構(gòu)件焊接工藝，選取適當?shù)暮附訉嶒灠搴蛻兤?，采用盲孔法提取其焊接過程中的變形量；針對實驗板和大型結(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件的焊接變形量，并與實測值對比，通過微調(diào)邊界條件以及裝夾條件，使二者誤差小于15%；將實驗板計算得到的變形量，通過固有應變法直接加載到大型結(jié)構(gòu)件的焊接變形計算中，完成大型結(jié)構(gòu)件焊接變形預測。本發(fā)明采用少量的工藝試驗，結(jié)合固有應變法，實現(xiàn)對雷達大型結(jié)構(gòu)件焊接變形定量預測和變形趨勢分析，降低了大型結(jié)構(gòu)件焊接工藝試驗成本，減少試驗工作量以及模擬計算量，對雷達焊接生產(chǎn)具有指導意義。
【專利說明】預測雷達大型結(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)預測雷達大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于雷達大型結(jié)構(gòu)件尺寸大，結(jié)構(gòu)復雜，焊縫密集，造成焊接成型過程中結(jié)構(gòu)件變形量大，嚴重影響雷達整體工作性能，為此，必須在焊接成型過程中采取措施減少焊接變形。一般情況下，工藝人員通過制作結(jié)構(gòu)件的小模型，然后，對其施焊，從而探索合適的焊接工藝。該方法不僅工作量大，周期長，成本高昂，而且針對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，隨著計算機模擬技術(shù)的發(fā)展，使得精確模擬焊接變形成為可能。目前尚無針對雷達大型結(jié)構(gòu)件焊接變形預測的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了進一步精確預測大型結(jié)構(gòu)件焊接變形趨勢以及變形量，解決焊接變形控制現(xiàn)有技術(shù)成本過高的問題，本發(fā)明提出一種預測雷達大型結(jié)構(gòu)件焊接變形的方法。
[0004]本發(fā)明采用工藝試驗和計算機模擬技術(shù)相結(jié)合，通過固有應變法，實現(xiàn)雷達大型結(jié)構(gòu)件焊接過程變形的定量預測以及焊接變形趨勢的定性分析。同時也為其他大型結(jié)構(gòu)件的焊接變形預測提供可簽的方法。
[0005]本發(fā)明的具體操作步驟如下:
預測雷達大型結(jié)構(gòu)件焊接變形方法的具體操作步驟如下:
1)確定雷達大型結(jié)構(gòu)件的熔化極惰性氣體保護焊(MIG)焊接參數(shù)，主要包括:待焊件材料為高強鋼、待焊件厚度為3mm、接頭形式為對接、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高強鋼材的實驗板6塊，兩塊實驗板為一組，按步驟I)的MIG焊接工藝，將兩塊實驗板焊接在一起，二者之間形成焊縫，得到三塊焊接件；
3)采用盲孔法測量實驗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)域布置應變片，應變片距離焊縫中心線的長度分別為Imm, 3.5 mm, 6.5 mm, 8.5 mm, 10.5 mm, 14.5 mm以及20 mm ;通過應力儀測試并記錄每塊焊接件的焊縫周圍區(qū)域的焊接變形實測數(shù)據(jù)，得到三組焊接變形實測數(shù)據(jù)；
4)利用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld對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76的三維實體單元為建模單元建立焊接件三維模型，以每個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測數(shù)據(jù)和焊接變形模擬數(shù)據(jù)進行對比，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)，以便于后來加載到雷達大型結(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對雷達大型結(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焊接形成的矩形框架狀，在雷達大型結(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；在雷達大型結(jié)構(gòu)件的三維模型的底部以及對稱面施加約束；選用高斯熱源模型模擬焊接熱源；將步驟6)中符合要求的試驗件焊接變形模擬數(shù)據(jù)提取出來，加載到雷達大型結(jié)構(gòu)件上，對雷達大型結(jié)構(gòu)件的三維模型焊接變形量進行計算，得到雷達大型結(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)，整理并分析計算結(jié)果，得出雷達大型結(jié)構(gòu)件實際MIG焊接過程中的變形趨勢和變形數(shù)量，以便于焊前采取相應措施減少變形量。
[0006]所述步驟4)中的加密網(wǎng)格的步長為0.5。
[0007]所述步驟4)中的稀疏網(wǎng)格的步長為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)將雷達大型結(jié)構(gòu)件焊接工藝試驗由目前至少進行3次，減少為至少進行I次，縮短了雷達大型結(jié)構(gòu)件焊接生產(chǎn)時間；
2)雷達大型結(jié)構(gòu)件焊接試驗件的制造數(shù)量減少了2/3，大幅度降低雷達大型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)成本；
3)本發(fā)明針對雷達大型結(jié)構(gòu)件實際尺寸仿真，避免了現(xiàn)有焊接工藝試驗件多采用微縮模型，得到的焊接工藝不適用于實際尺寸的雷達大型結(jié)構(gòu)件的缺點；
4)本發(fā)明采用的變形預測方法將雷達大型結(jié)構(gòu)件的仿真計算時間由3?5天，控制在24小時以內(nèi)，縮短了雷達大型結(jié)構(gòu)件仿真的時間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為雷達大型結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明實施例中實驗板的焊接變形測試結(jié)果和計算結(jié)果。
[0011]上圖中序號:縱梁1、橫梁2。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步地描述。
[0013]參見圖1，雷達大型結(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，通過焊接形成矩形框架狀，其中縱梁I的長度為8000mm，橫梁2的長度為IOOOmm ;縱梁I的橫截面為長方形，由兩根U形的型鋼相對焊接而成;U形的型鋼的材料為Domex高強型鋼，厚度均為3mm。
[0014]對上述雷達大型結(jié)構(gòu)件焊接變形預測的具體操作步驟如下:
I)確定雷達大型結(jié)構(gòu)件的MIG焊接參數(shù)，主要包括:待焊件材料為高強鋼、待焊件厚度為3mm、接頭形式為對接、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高強鋼板，制備規(guī)格200X200X3mm的6塊的焊接實驗板，兩塊實驗板為一組，依據(jù)熔化極惰性氣體保護焊(MIG)工藝，將兩塊實驗板焊接在一起，二者之間形成焊縫，得到三塊焊接件；
3)采用盲孔法測量實驗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)域布置應變片，應變片距離焊縫中心線的長度分別為Imm, 3.5 mm, 6.5 mm, 8.5 mm, 10.5 mm, 14.5 mm以及20 mm ;通過應力儀測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測結(jié)果，如圖2所示；
4)利用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld對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76的三維實體單元為建模單元建立焊接件三維模型，以每個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)格的步長為10。在焊接件三維模型的底部以及對稱面施加約束；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測數(shù)據(jù)和焊接變形模擬數(shù)據(jù)進行對比，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)，以便于后來加載到雷達大型結(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)對雷達大型結(jié)構(gòu)件建模、網(wǎng)格劃分和施加約束；
某型號雷達大型結(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，通過焊接形成矩形框架狀，其中縱梁I的長度為8000mm，橫梁2的長度為IOOOmm ；參見圖2，縱梁的橫截面為長方形，由兩個U形的第一型鋼和第二型鋼，相對焊接成型；第一型鋼和第二型鋼的材料均為Domex高強型鋼，厚度均為3mm。采用實際尺寸對大型結(jié)構(gòu)件進行建模。劃分網(wǎng)格時，為保證焊接變形預測的精度，各處的焊縫位置處采用加密網(wǎng)格，加密網(wǎng)格的步長為0.5,遠尚焊縫處米用稀疏網(wǎng)格,稀疏網(wǎng)格的步長為10 ;每隔IOOOmm處施加二維方向的約束；
8)采用固有應變法進行焊接變形模擬計算并讀取焊接變形模擬數(shù)據(jù)。將調(diào)整后實驗板的焊接變形量數(shù)據(jù)，作為初始條件加載到大型結(jié)構(gòu)件模型上，進行焊接變形計算，以減少計算量，順利實現(xiàn)雷達型結(jié)構(gòu)件焊接變形模擬。整理并分析雷達大型結(jié)構(gòu)件的焊接變形模擬數(shù)據(jù)，得出雷達大型結(jié)構(gòu)件實際MIG焊接過程中的變形趨勢和變形數(shù)量，以便于焊前采取相應措施減少變形量。
[0015]上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)特點，只是本發(fā)明較優(yōu)選的【具體實施方式】的一種，并非可以用于限定本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.預測雷達大型結(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)確定雷達大型結(jié)構(gòu)件的熔化極惰性氣體保護焊(MIG)焊接參數(shù)，主要包括:待焊件材料為高強鋼、待焊件厚度為3mm、接頭形式為對接、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高強鋼材的實驗板6塊，兩塊實驗板為一組，按步驟I)的MIG焊接工藝，將兩塊實驗板焊接在一起，二者之間形成焊縫，得到三塊焊接件； 3)采用盲孔法測量實驗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)域布置應變片，應變片距離焊縫中心線的長度分別為Imm, 3.5 mm, 6.5 mm, 8.5 mm, 10.5 mm, 14.5 mm以及20 mm ;通過應力儀測試并記錄每塊焊接件的焊縫周圍區(qū)域的焊接變形實測數(shù)據(jù)，得到三組焊接變形實測數(shù)據(jù)； 4)利用專業(yè)焊接模擬軟件sysweld對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76的三維實體單元為建模單元建立焊接件三維模型，以每個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測數(shù)據(jù)和焊接變形模擬數(shù)據(jù)進行對比，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)，以便于后來加載到雷達大型結(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對雷達大型結(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焊接形成的矩形框架狀，在雷達大型結(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；在雷達大型結(jié)構(gòu)件的三維模型的底部以及對稱面施加約束；選用高斯熱源模型模擬焊接熱源；將步驟6)中符合要求的試驗件焊接變形模擬數(shù)據(jù)提取出來，加載到雷達大型結(jié)構(gòu)件上，對雷達大型結(jié)構(gòu)件的三維模型焊接變形量進行計算，得到雷達大型結(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)，整理并分析計算結(jié)果，得出雷達大型結(jié)構(gòu)件實際MIG焊接過程中的變形趨勢和變形數(shù)量，以便于焊前采取相應措施減少變形量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預測雷達大型結(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)格的步長為0.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預測雷達大型結(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)格的步長為10。
【文檔編號】B23K31/12GK103551712SQ201310521197
【公開日】2014年2月5日 申請日期: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 申請人:中國電子科技集團公司第三十八研究所