焊接工藝設計的案例
技術 | 焊接工藝制定及評定系統
摘要：為了保證焊接工程的質量，基于計算機技術在焊接領域的應用現狀，分析了焊接工藝設計的特點，開發出了焊接工藝制定及評定系統。焊接工藝制定及評定系統是一個基于Access數據庫，以可視化編程技術VisualBasic6.0為平臺開發的軟件。系統建立了多類數據庫，如母材、焊接材料、焊接工藝參數、焊接工藝評定、輔助庫等數據庫，可以依據不同用戶的需求，通過查詢、維護、打印三大模塊查詢焊接工藝規程、焊接工藝評定報告，同時可以進行焊接工藝設計，并對其進行評定和反饋，最終得到最優化設計。該系統應用于焊接工廠可實現焊接工藝的快速設計。
0 前言
在整個生產過程中，工藝設計貫穿其中。工藝設計不僅涉及到企業的生產類型、產品結構、工藝裝備、生產技術水平等，還要受到工藝設計人員實際經驗和生產管理體制的制約，其中任何一個因素發生變化，都可能導致工藝設計方案的變化。
因此，工藝設計是企業生產活動中最活躍的因素，工藝設計對其使用環境的依賴就必然導致工藝設計的動態性和經驗性。傳統的工藝設計都是由人工進行的，這就不可避免地存在一些缺點.對工藝設計人員要求高；工作量大，效率低下；無法利用CAD的圖形、數據；難以保證數據的準確性；信息不能共享等。
焊接工藝評定是確定焊接工藝規范和焊接材料必不可少的過程，也是費時、費力和增加勞動成本的一個過程。由于評定過程的復雜性和焊接參數的多樣性，導致企業中積累重復了大量的工藝評定和焊接工藝規程，為此花費大量的人力和物力。
因此，為提高效率，避免重復，利用計算機進行焊接工藝規程的管理，乃是當務之急。目前，國內計算機輔助焊接工藝系統的研究主要集中在焊接工藝選擇、焊工檔案管理和焊接工藝評定數據庫系統等方面。
展開 克羅地亞薩格勒布大學機械工程與船舶建筑學院選擇 Cast-Designer Weld 用于大型結構與海洋設備焊接設計與模擬
今年7月，薩格勒布大學面向全球招標， 遴選能針對大型結構和海洋工程進行焊接設計與模擬的軟件系統和相關服務，C3P Software憑借強大的技術實力和完善的一級、二級技術支持能力最終在眾多軟件中脫穎而出，一舉中標。
C3P software 的 Cast-Designer WELD， 為焊接行業客戶和焊接產品提供完整的解決方案：包括焊接工藝設計、模擬和焊接裝配優化。過程中考慮了幾何設計，材料性能和焊接工藝等所有因數。針對大型焊件，從材料到工藝，到模擬和優化唯一可行的全流程系統，內置超快速自動建模技術和人工智能優化算法。
Maja Jurica, 薩格勒布大學機械工程和船舶建筑學院高級研究員，很自豪地說“我們選擇 Cast-Designer Weld 是由于其獨特的設計模擬一體化的綜合功能，及其對大型結構變形與應力分析勝于其他軟件數十倍的計算能力和模型化時間，正是我們長期尋求的”。
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展開 設計仿真 | 直播預告-虛擬焊接裝配解決工藝缺陷難題
在焊接過程中，零件變形難以控制通常是困擾工藝人員的一大難題。為了開發出更好的產品適應市場的快速變化，焊接工藝需要不斷的改進與優化。傳統的改進與優化方法主要依靠工藝人員的經驗和繁瑣復雜的工藝試驗，隨著計算機技術的發展和有限元理論的逐漸成熟，焊接模擬仿真技術已開始成為在焊接工藝優化改進過程中良好的手段和方法。
海克斯康工業軟件Simufact Welding致力于通過有限元法解決焊接過程中出現的各類問題，至今已有超過20年的工程應用，通過精確模擬零件在焊接過程中機械、物理和冶金過程中的性能變化過程和結果，從而獲得整個焊接過程中的金相組織變化、溫度場、應力場、變形場、硬度等數據信息，為客戶解決實際焊接過程中的變形、應力集中等問題，并為焊接工藝參數優化、焊接工裝設計、焊接順序優化等提供了參考依據和指導。本期海克斯康直播講堂請到了Simufact 高級工程師曾陽，他將通過軟件操作及實際案例講解，為我們帶來Simufact Welding軟件應用在焊接工藝中的解決方案。趕快報名，精彩不容錯過！
展開 設計仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預測汽車結構
焊接是汽車制造過程中一個關鍵環節，白車身、發動機、底盤和變速箱等都離不開焊接工藝的應用，主要涉及氣保焊、電阻點焊、激光焊、電子束焊等多種焊接工藝。由于汽車車型眾多、成形結構復雜、汽車制造質量、效率、成本等方面的綜合要求。如何高效、低成本的研發出合理的焊接工藝，對焊接工藝工程師無疑是個巨大的挑戰。
傳統的焊接工藝開發，需要依靠工藝開發經驗以及大量試驗數據的積累，而對于新的焊接工藝開發，需要借助多次試錯經驗來獲取符合產品質量要求的工藝，但制定的工藝有沒有更佳的替代方案，這個有待進一步考證。在試錯過程中，實際數據的測量也是一個重大的挑戰。
展開 
設計仿真 | 直播預告-Simufact welding焊接工藝仿真軟件培訓
長期以來，對于焊接工藝的改進和優化主要依靠工藝人員的經驗和各類工藝試驗，一直缺乏一套專業的有效的方法和手段。
隨著計算機技術的發展和有限元理論的逐漸成熟，焊接模擬仿真技術已經開始成為在焊接工藝優化改進過程中的良好手段和方法。通過焊接工藝仿真可以解決焊接過程中零件變形難以控制的問題，還可以降低對人員技術的要求，降低試驗成本，加強測量和評估焊接殘余應力。
海克斯康工業軟件旗下Simufact Welding軟件致力于通過有限元法解決焊接過程中出現的各類問題，至今已有超過20年的工程應用。本期直播將結合實際操作，展示Simufact welding焊接軟件是如何為客戶的焊接工藝參數優化、焊接工裝設計、焊接順序優化等提供參考依據和指導。歡迎預約報名！
展開 設計仿真 | 直播預告-虛擬焊接裝配解決工藝缺陷難題
在焊接過程中，零件變形難以控制通常是困擾工藝人員的一大難題。為了開發出更好的產品適應市場的快速變化，焊接工藝需要不斷的改進與優化。傳統的改進與優化方法主要依靠工藝人員的經驗和繁瑣復雜的工藝試驗，隨著計算機技術的發展和有限元理論的逐漸成熟，焊接模擬仿真技術已開始成為在焊接工藝優化改進過程中良好的手段和方法。
海克斯康工業軟件Simufact Welding致力于通過有限元法解決焊接過程中出現的各類問題，至今已有超過20年的工程應用，通過精確模擬零件在焊接過程中機械、物理和冶金過程中的性能變化過程和結果，從而獲得整個焊接過程中的金相組織變化、溫度場、應力場、變形場、硬度等數據信息，為客戶解決實際焊接過程中的變形、應力集中等問題，并為焊接工藝參數優化、焊接工裝設計、焊接順序優化等提供了參考依據和指導。本期海克斯康直播講堂請到了Simufact 高級工程師曾陽，他將通過軟件操作及實際案例講解，為我們帶來Simufact Welding軟件應用在焊接工藝中的解決方案。趕快報名，精彩不容錯過！
展開 設計仿真 | Simufact Welding焊接工藝仿真網格劃分技巧
02 網格類型影響計算結果
不同的求解類型需要的網格類型是不一樣的，在焊接模擬分析中，我們常用的網格單元是六面體單元，但有時候也會因為模型的復雜程度，選擇不同的采用四面體單元進行模擬分析。
03 網格連續性
在實際焊接過程中，各零部件間是相互接觸的，可能隨著焊接的進行而分離，在大部分模擬軟件中，會要求保證各零件間的網格連續性，即節點耦合，但這不僅僅脫離了實際焊接過程中的情況，也會極大的增加焊接網格劃分的工作量，在Simufact Welding軟件中，其基于Marc的專業求解器，基于其優異的非線性求解分析功能和強大的網格自適應接觸功能，能夠使得各零部件間的網格不連續，即各零件間單獨進行網格劃分，無需進行網格連續的操作劃分。
Simufact Welding的網格不連續功能
2 Simufact Welding網格類型
在Simufact Welding中，我們常用的實體網格類型共有4種，分別為：六面體 (7)、實心殼體（185）、四面體（157）、四面體（134）。
一般而言，六面體單元精度是最好的，同時單元數量也較少。但不是每一個幾何體都適合用六面體單元來進行網格劃分。如果因為幾何形狀的太復雜而不能創建六面體網格，則應該使用四面體（157）單元。四面體（157）單元在其中心多一個的節點，并且其他節點都具有附加的壓力自由度。因此四面體（157）單元比四面體（134）單元更精確。
Simufact Welding軟件還具有專業的網格劃分工具，包括支持六面體Hexmesh網格、鈑金零件的Sheetmesh網格、四面體單元的Tetmesh網格、單獨針對環形零件的Ringmesh網格，用戶也可以根據自身的實際情況，選擇其他的網格劃分工具，軟件支持專業的網格格式，例如*BDF、*ARC等。
展開 設計仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預測汽車結構
Simufact welding焊接工藝仿真方案
海克斯康工業軟件Simufact.welding，作為世界領先的專業焊接工藝仿真軟件，能夠有效協助工程師對焊接工藝參數、焊接順序、焊接工裝夾具、焊接方向等進行焊接工藝仿真分析，不僅能分析焊接過程中的焊接變形、應力等還能對焊接后冷卻和工裝夾具卸載后的焊接變形、焊接殘余應力等進行分析。
焊接工藝設計時，焊縫的布置應注意哪些問題？
焊縫布置一般應從下述幾方面考慮：
（1）便于裝配和施焊焊縫位置必須具有足夠的操作空間以滿足焊接時運條的需要。焊條電弧焊時，焊條須能伸到待焊部位。點焊與縫焊時，要求電極能伸到待焊部位。埋弧焊時，則要求施焊時接頭處應便于存放焊劑。
（2）有利于減少焊接應力與變形設計焊接結構時，應盡量選用尺寸規格較大的板材、型材和管材，形狀復雜的可采用沖壓件和鑄鋼件，以減少焊縫數量，簡化焊接工藝和提高結構的強度和剛度。同時，焊縫布置應盡可能對稱布置以減小變形。
（3）焊縫的布置應避免密集、交叉焊縫交叉或過分集中會造成接頭部位過熱，增大熱影響區，使組織惡化，性能嚴重下降。兩條焊縫間距一般要求大于3倍板厚。
（4）避開最大應力區和應力集中部位焊接接頭是焊接結構的薄弱環節。因此，焊縫布置應避開焊接結構上應力最大的部位。另外，在集中載荷作用的焊縫處應有剛性支撐。
（5）避開機械加工面焊接時會引起工件變形，對于位置精度要求較高的焊接結構，一般應在焊后進行精加工；對于位置精度要求不高的焊接結構，可先進行機械加工，但焊縫位置與加工面要保持一定距離。
（6）便于焊接和檢驗設計封閉容器時，要留工藝孔，如入孔、檢驗孔和通氣孔。焊后再用其他方法封堵。
展開 設計仿真 | Simufact Welding焊接工藝-結構一體化仿真分析方案
上述焊接工藝仿真結果可以通過Digimat軟件的工藝結果映射功能，將焊接工藝的仿真結果映射至結構有限元網格上，從而保證結構仿真時的初始狀態與結構工藝完成后的狀態保持一致。最終通過商用有限元軟件MSC Nastran完成焊接結構的剛度、強度等仿真分析，獲得產品的性能。
PART.03
完整工作流程演示案例
本文以平板焊接接頭結構為例，演示接頭結構的焊接工藝仿真、焊接后殘余應力映射以及最后結構耦合仿真分析的整個工作流程：
01
通過Simufact Welding完成接頭的焊接仿真，獲得的焊接工藝仿真結果包括：殘余應力、變形場、溫度場。
02
通過Digimat-MAP的工藝映射功能，將接頭焊接工藝過程的殘余應力結果映射到結構有限元網格上（Digimat-MAP也支持將變形場和溫度場的映射），最終導出映射完成的殘余應力關鍵字。
03
耦合結構仿真分析軟件MSC Nastran，通過istress關鍵字引入焊接殘余應力完成最終結構分析，從而考慮焊接殘余應力的影響。
平板接頭結構焊接工藝仿真結果如下圖所示，顯示了焊接完成后的殘余應力分布情況。
圖6. 平板接頭焊接工藝仿真殘余應力結果
基于焊接工藝仿真結果（Arc文件），Digimat-MAP模塊可讀取殘余應力結果，將上述工藝結果映射至MSC Nastran的結構網格上。
圖7. 映射至MSC Nastran結構模型中的殘余應力場
圖8.
展開 焊接接頭工藝設計時，焊縫的布置應注意哪些問題？
焊縫布置一般應從下述幾方面考慮：
（1）便于裝配和施焊焊縫位置必須具有足夠的操作空間以滿足焊接時運條的需要。焊條電弧焊時，焊條須能伸到待焊部位。點焊與縫焊時，要求電極能伸到待焊部位。埋弧焊時，則要求施焊時接頭處應便于存放焊劑。
（2）有利于減少焊接應力與變形設計焊接結構時，應盡量選用尺寸規格較大的板材、型材和管材，形狀復雜的可采用沖壓件和鑄鋼件，以減少焊縫數量，簡化焊接工藝和提高結構的強度和剛度。同時，焊縫布置應盡可能對稱布置以減小變形。
（3）焊縫的布置應避免密集、交叉焊縫交叉或過分集中會造成接頭部位過熱，增大熱影響區，使組織惡化，性能嚴重下降。兩條焊縫間距一般要求大于3倍板厚。
（4）避開最大應力區和應力集中部位焊接接頭是焊接結構的薄弱環節。因此，焊縫布置應避開焊接結構上應力最大的部位。另外，在集中載荷作用的焊縫處應有剛性支撐。
（5）避開機械加工面焊接時會引起工件變形，對于位置精度要求較高的焊接結構，一般應在焊后進行精加工；對于位置精度要求不高的焊接結構，可先進行機械加工，但焊縫位置與加工面要保持一定距離。
（6）便于焊接和檢驗設計封閉容器時，要留工藝孔，如入孔、檢驗孔和通氣孔。焊后再用其他方法封堵。
展開 
設計仿真 | 直播預告-Simufact welding助力解決焊接工藝難題
精彩直播預告
在生產制造的過程中，焊接工藝是非常重要的一環，在焊接過程中難免會遇到焊接種類多且焊接結構復雜等問題，導致零件變形難以控制，持續優化和改進焊接工藝是企業一直需要面臨的問題。傳統的工藝改善方案依靠工藝人員的經驗和多次試驗重復試錯，時間長效率低，已難以適應當前高速發展快速迭代的市場需求。
當前越來越多的企業通過CAE仿真軟件對焊接過程進行模擬，海克斯康工業軟件Simufact Welding致力于通過有限元法解決焊接過程中出現的各類問題，至今已有超過20年的工程應用，可以精確模擬零件在焊接過程中的機械、物理和冶金過程中的性能變化過程和結果，從而獲得整個焊接過程中的金相組織變化、溫度場、應力場、變形場、硬度等信息，為客戶解決實際焊接過程中的變形、應力集中等問題，為客戶的焊接工藝參數優化、焊接工裝設計、焊接順序優化等提供參考依據和指導。
本期海克斯康直播講堂請到了工藝仿真專家曾陽為我們帶來Simufact welding助力解決焊接工藝難題主題直播，從Simufact welding軟件的功能出發，落地到具體的客戶使用案例，針對焊接過程中的痛點難點全面講解，精彩不容錯過，敬請關注！
展開 焊接工藝評定的注意事項，總結的太全面了
八、編制焊接工藝評定報告
焊接工藝評定報告是其企業技術儲備的重要資料。這些技術儲備重要資料要以技術檔案資料方式保存在企業的檔案之內。當單位預計或遇到需要完成的焊接工程時，應該首先從自己的技術檔案查詢。如果沒有這一工程任務所必須具備的焊接工藝評定文件，或雖然有近似的焊接工藝評定文件，然而根據本標準發現其適用范圍與將面臨的焊接工程不符合/或不可覆蓋，單位應該安排進行焊接工藝評定工作。
焊接工藝評定報告是工藝評定最后的成果，是評定全過程的總結，是焊接技術文件的重要組成部分，是指導焊接工作的基本文件。根據試件焊制時的各項數據和檢驗的各項原始報告和記錄，由負責評定工作的焊接工程師做出綜合評定結論并填寫《焊接工藝評定報告》。焊接工藝評定報告必須以認真、嚴肅的態度進行編制，內容應全面和完整，結論應準確、可靠，不得任意編造、弄虛作假，綜合評定結論是工藝評定過程所取得的各項數據的匯總和對評定的總體評價以及指導焊接工作的依據。
因此，編寫綜合評定結論時，必須通過對評定各環節所積累的數據和資料進行認真分析、歸納和總結，提出滿足使用條件要求的各項工藝數據和相應條件。完成評定后資料應匯總，評定資料應建檔保存。評定審查報告應包括的內容：審查范圍和項目、審查過程情況、審查的依據、要點和結論。
完整的焊接工藝評定資料應包括：評定任務下達指令書、評定任務書、評定編號法、焊接性評價資料（或焊接工藝設計資料）、評定工藝方案、焊制試件過程的詳細記錄、評定各項檢查、檢驗和試驗的原始報告、評定工藝報告、評定審查報告等。
展開 設計仿真 | Simufact Welding重塑新能源汽車電池盒焊接工藝
Simufact Welding網格模型
電池盒框架的焊縫分布在各連接處，每道焊縫焊接方向均是從上到下，采用四把焊槍同時施焊，一共54道焊縫，如下圖所示為四種焊接順序策略，策略一是“Z”形由里及外的焊接順序；策略二是“W”形內外交替的焊接順序；策略三是“S”形間隔式內外交替的焊接順序；策略四是“M”形由外及里的焊接順序。
不同焊接順序的設計策略：(a)策略一；(b)策略二；(c)策略三；(d)策略四
在Simufact Welding只需將第一個焊接順序建好模型，然后直接在軟件進程中復制后調整焊接順序，即可快速完成對其他焊接順序的建模調整，無需重新建模。等待計算完成后，可以將四種焊接順序的策略進行同步結果視圖對比，同步視圖對比不同焊接策略的結果，如下圖所示，可以明顯分析出策略一所產生的焊接變形量最大，策略四次之，策略三的焊接變形量較小，采用策略二的焊接順序能使電池盒框架焊后變形達到最小。
不同焊接策略的總變形量(放大50倍)分布：
(a)策略一；(b)策略二；(c)策略三；(d)策略四
小 結
海克斯康專業焊接仿真軟件Simufact Welding提供完善的焊接仿真解決方案，該軟件涵蓋了各種弧焊、激光焊、電阻點焊、電子束焊、釬焊等焊接工藝、消除殘余應力熱處理、冷卻和裝夾、虛擬檢具、重力補償等功能。可以考慮實際焊裝工藝的各種場景的模擬，通過對工裝夾具、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數，以及焊接之后的冷卻、消除應力的熱處理等因素的仿真，對實際焊接過程的焊接變形、焊接殘余應力、焊接熱影響區、熔池等進行虛擬評定，從而對焊接工藝優化。幫助用戶獲得最優的焊裝工藝解決方案。
展開 關于焊接結構設計的內容清單
引言
使用焊接方法制造的金屬結構稱為焊接結構。船體、球罐、起重機臂等都是焊接結構。
設計主要內容：（1）焊接結構材料的選擇；（2）焊接方法的選擇；（3）焊接接頭工藝設計；包括焊縫布置的設計，焊接接頭形式和坡口形式設計。（4）焊接材料、焊接參數的選擇等。
1、焊接結構設計基本要求：1、實用性2、可靠性3、工藝性4、經濟性
2、選材的一般原則：
（1）WC＜0.25%的碳鋼（低碳鋼），WC＜0.4%的低合金鋼焊接性好盡量選用。 WC>0.5%的碳素鋼，WC>0.4%的合金鋼焊接性不好。
（2）強度等級低的低合金鋼的可焊性與低碳鋼相似，但強度比低碳鋼高，適當選用低合金鋼代替低碳鋼可以節省鋼材，減輕結構重量。
（3）盡量減少異種金屬的熔焊。減少出現的問題復雜性，避免無法用熔焊的方法獲得滿意接頭。
（4）盡量選用尺寸較大的原材料或型材，以減少焊縫數量。
（5）盡量采用廉價材料，以降低成本。
3、焊接接頭形式設計：焊接接頭是焊接結構最基本的組成部分，是影響結構性能與安全的關鍵因素。接頭形式設計應根據焊接方法、結構形狀與尺寸、強度要求、填充金屬的量和坡口形式、加工難易等因素綜合考慮。
4、常用焊接接頭形式及特點：（1）對接接頭：受力均勻，接頭質量易保證，應用最廣；（2）搭接接頭：受力不均勻，材料消耗大，一般用于薄板件；（3）角接接頭：只連接，不能傳遞工作載荷；（4） T形接頭：可傳遞載荷。
5、焊接桁架
1.定義：由桿件組成的通常具有三角形特征的承受橫向彎曲載荷的構件。
2.特點：材料利用率高、耗材少、自重輕，常用于大跨度、承載小的場合。
3.桁架的結構形式：平面桁架（基本）和空間桁架（由平面桁架組成）。桿件只受軸向力，其連接點稱為節點，通過焊接而成，節點之間的區間稱為節間。桿件分為弦桿和腹桿。
4.關于節點。
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