abaqus焊接變形的案例
Abaqus焊接仿真案例展示
釬焊：
Abaqus提供豐富熱載荷形式，有面形熱流（Surface heat flux））、體型熱流(Body heat flux)、集中熱流(Concentrated heat flux)，同時還可以根據(jù)焊接過程中的實際加熱情況建立場變量（Discrete Fields& Analytical Fields）和熱載荷構(gòu)建恰當(dāng)?shù)臒嵩茨Ｐ汀?焊接變形的仿真：
由于焊接熱彈塑性有限元計算過程是個典型的非線性過程：
n
矩陣方程奇異性大矩陣方程奇異性大；
n
同時采用熱彈塑性有限元法需要跟蹤整個焊接及冷卻過程，這使得熱彈塑性有限元分析計算量非常龐大。
熱彈塑性有限元計算過程中，為了得到準(zhǔn)確而快捷地模擬非線性過程，采用Abaqus對焊接進(jìn)行模擬分析。
核心要求：選擇合適的3D板殼單元建立有限模型。
根據(jù)已有的有限元模型，利用Abaqus軟件重新布置網(wǎng)格建立有限元模型，模擬其焊接過程。
Abaqus在焊接變形預(yù)測的應(yīng)用：
Abaqus焊接變形預(yù)測仿真是基于熱彈塑性理論的預(yù)測方法。
Abaqus熱分析分為穩(wěn)態(tài)熱分析和瞬態(tài)熱分析兩種。焊接過程是個局部快速加熱到高溫，并隨后冷卻的過程，隨著熱源的移動，整個焊件的溫度隨時間和空間急劇變化，材料的熱物理性能也隨溫度劇烈變化。因此，焊接溫度場分析以及引起的應(yīng)力場分析都屬于高度的非線性瞬態(tài)分 析過程析過程。
展開 焊接/鍵合殘余應(yīng)力與變形怎么算？Abaqus 熱-力順序耦合與 DFLUX 詳解 ￥59.9
——科研到工程：Abaqus Goldak 雙橢球 + FROM FILE 實現(xiàn)可復(fù)現(xiàn)實驗結(jié)果（含 Goldak 熱源 DFLUX ）
適用人群：做焊接/鍵合殘余應(yīng)力/變形預(yù)測、增材制造熱-力場分析的工程師與研究生
代碼環(huán)境：Abaqus/CAE 2019（Python 2.7），Abaqus/Standard（DFLUX Fortran 子程序）
本文提供 兩個腳本（Abaqus/CAE Python 自動網(wǎng)格建模腳本 + Fortran DFLUX 熱源子程序）梳理成一套可復(fù)用的 有限元計算流程：
從物理到實現(xiàn) 的清晰鏈路：能量輸入 → 傳熱 → 溫度–時間歷程 → FROM FILE 映射 → 彈塑性力學(xué)響應(yīng)；
建模與求解流程：幾何、分區(qū)、網(wǎng)格、邊界、步長、輸出與文件命名；
Goldak 雙橢球熱源與熱力耦合理論： 在 DFLUX 中的實現(xiàn)原理與關(guān)鍵參數(shù)；
目錄
- 用 Abaqus 做焊接/鍵合熱-力耦合的“一鍵批量建模與計算”
- 目錄
- 1. 為什么要做焊接/鍵合熱-力耦合？
- 2. Goldak 雙橢球熱源與能量守恒
- 3. 總體流程與工程目錄
- 4. 熱分析建模要點（Thermal）
- 5. 力學(xué)分析建模要點（Mechanical）
- 6. 自動化批量建模腳本（Python，最終版）
- 7. DFLUX：Goldak 體熱源子程序（Fortran）
- 8. 模型驗證
- 9. 參考參數(shù)與推薦文獻(xiàn)
1. 為什么要做焊接/鍵合熱-力耦合？
焊接/鍵合是強非線性、強非穩(wěn)態(tài)的多物理場過程：移動熱源瞬時把能量輸入到極小體積，熱擴(kuò)散與對流/輻射把能量帶走，材料在不同溫度區(qū)間內(nèi)經(jīng)歷彈性–塑性–循環(huán)硬化乃至回復(fù)。
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ESI集團(tuán)SYSWELD焊接仿真軟件更新！針對船舶行業(yè)大型部件焊接變形提供更優(yōu)解決方案
對于造船業(yè)，SYWELD 2019有助于預(yù)防或減輕焊接引起的扭曲，減少試制所需的成本和時間。 軟件新的開發(fā)確保了大型焊接件中厚板及多道焊的變形控制，解決船舶業(yè)中焊接變形的常見問題。
針對車間生產(chǎn)，SYSWELD 2019可以通過簡化的直觀界面提供焊接順序計劃的優(yōu)化，提供專用的自動網(wǎng)格劃分功能和簡單的模型設(shè)置。 制造工程師可以快速識別主要負(fù)責(zé)變形的焊縫，并研究各種工藝參數(shù)變化的影響，包括排序，夾緊和預(yù)熱。
Conclusion
?基于殼體、實體、殼體/實體網(wǎng)格，大型工業(yè)模型可進(jìn)行自動網(wǎng)格劃分和簡單的模型設(shè)置；
?快速評估導(dǎo)致主要變形的焊縫；
?簡化、直觀的解決方案以便缺少FEA經(jīng)驗的用戶進(jìn)行分析。
Benefits
?通過用戶定義的標(biāo)準(zhǔn)自動進(jìn)行焊接順序優(yōu)化從而控制大型焊接組件中的變形；
?允許用戶快速研究更改焊接順序，夾緊，預(yù)熱等造成的影響；
?防止焊接引起的變形，保證交付時間和成本控制。
The following engineer tools have been updated：
?工具箱CD-ROM：包含教程，用戶指南和工程指南（英文版本）。
?工程指南：涵蓋所需的背景知識，您可以立即動手解決焊接和裝配及熱處理問題。
展開 
避免焊接變形方法
1減小焊縫變形的常規(guī)步驟？
主要步驟如圖1～圖3所示。
控制附加應(yīng)力及變形的方法？
a.可以采用在焊道每一側(cè)進(jìn)行多道對接焊縫以減小角變形；
b.對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)的焊接位置及順序，以平衡產(chǎn)生的收縮力，通常應(yīng)采用對角焊縫結(jié)構(gòu)；
c.在較冷的環(huán)境中，采用焊前預(yù)熱，對于降低焊接冷卻速度并獲得良好的接頭有一定的作用；
d.大型焊件焊后進(jìn)行熱處理主要是為了減少殘余應(yīng)力，并防止在機械加工的焊縫表面產(chǎn)生變形。對于一個具有較大殘余應(yīng)力的焊接結(jié)構(gòu)，采用機械加工方法消除焊縫金屬可能會導(dǎo)致產(chǎn)生更大的變形；
e.火焰校正法，見第3條。
實際應(yīng)用中經(jīng)常將兩種或更多的控制應(yīng)力和變形的方法結(jié)合應(yīng)用，以獲得良好的應(yīng)用效果。
3焊接變形火焰校正的方法有哪幾種？ 加熱溫度是多少？怎樣識別？
a.焊接變形經(jīng)常采用以下三種火焰校正方法：
（1）線狀加熱法；（2）點狀加熱法； （3）三角形加熱法。
b.火焰校正時的加熱溫度（材質(zhì)為低碳鋼）
注意事項：火焰校正時加熱溫度不宜過高，過高會引起金屬變脆、影響沖擊韌性。
c.火焰矯正加熱溫度的控制
對于低碳鋼來說，由于加熱溫度范圍較寬，可近似地憑觀察鋼材的加熱顏色估計加熱溫度。
鋼材表面顏色及其相應(yīng)的溫度見下表：
來源：網(wǎng)絡(luò)整合。
更多請關(guān)注：焊潮網(wǎng)
展開 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的火焰校正方法
而鋼結(jié)構(gòu)廠房的主要構(gòu)件是焊接H型鋼柱、梁、撐。這些構(gòu)件在制作過程中都存在焊接變形問題，如果焊接變形不予以矯正，則不僅影響結(jié)構(gòu)整體安裝，還會降低工程的安全可靠性。
焊接鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形超過技術(shù)設(shè)計允許變形范圍，應(yīng)設(shè)法進(jìn)行矯正，使其達(dá)到符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。實踐證明，多數(shù)變形的構(gòu)件是可以矯正的。矯正的方法都是設(shè)法造成新的變形來達(dá)到抵消已經(jīng)發(fā)生的變形。
在生產(chǎn)過程中普遍應(yīng)用的矯正方法，主要有機械矯正、火焰矯正和綜合矯正。但火焰矯正是一門較難操作的工作，方法掌握、溫度控制不當(dāng)還會造成構(gòu)件新的更大變形。因此，火焰矯正要有豐富的實踐經(jīng)驗。本文對鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的種類、矯正方法作了一個粗略的分析。
鋼結(jié)構(gòu)焊接變形的種類與火焰矯正
（1）鋼結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件是焊接H型鋼柱、梁、撐。
焊接變形經(jīng)常采用以下三種火焰矯正方法：
a、線狀加熱法；
b、點狀加熱法；
c、三角形加熱法。
下面介紹解決不同部位的施工方法：
以下為火焰矯正時的加熱溫度（材質(zhì)為低碳鋼）
低溫矯正 500度～600度 冷卻方式：水
中溫矯正 600度～700度 冷卻方式：空氣和水
高溫矯正 700度～800度 冷卻方式：空氣
注意事項：火焰矯正時加熱溫度不宜過高，過高會引起金屬變脆、影響沖擊韌性。16Mn在高溫矯正時不可用水冷卻，包括厚度或淬硬傾向較大的鋼材。
（2）翼緣板的角變形
矯正H型鋼柱、梁、撐角變形。在翼緣板上面（對準(zhǔn)焊縫外）縱向線狀加熱（加熱溫度控制在650度以下），注意加熱范圍不超過兩焊腳所控制的范圍，所以不用水冷卻。
展開 技術(shù) | 焊接變形的控制和預(yù)防
摘要:焊工常常要面對焊接變形問題(焊接電弧產(chǎn)生的熱量引起的基板變形)。產(chǎn)生焊接變形的原因有多種，最關(guān)鍵的因素并不是結(jié)構(gòu)問題。在此借助于焊接變形定義，提供多種焊接方式引起的焊接變形實例及其控制方式，介紹了焊接變形的各種控制方法。
1 焊接變形的定義
在焊接過程中，焊縫金屬和基材的冷熱循環(huán)所引起的膨脹和收縮形成焊接變形。焊接時，沿同一邊持續(xù)焊接引起的變形比兩邊交叉焊接的變形大。在焊接引起的冷熱循環(huán)中，很多因素影響金屬的收縮并導(dǎo)致變形，如金屬在受熱時其物理、機械性能發(fā)生變化。當(dāng)熱膨脹增加、熱量增大時(見圖1)，焊接區(qū)域溫度升高，焊接區(qū)域鋼板的彎曲強度、彈性、熱導(dǎo)性能將降低。
2 產(chǎn)生焊接變形的原因
在金屬冷熱變化過程中，應(yīng)了解怎樣產(chǎn)生變形、為什么產(chǎn)生變形。圖2為一組鋼板冷熱變化時產(chǎn)生的變形示例。均勻加熱鋼板時，向各個方向均勻膨脹，見圖2a。當(dāng)鋼板冷卻至室溫時，也是均勻收縮并恢復(fù)至原始尺寸。如果鋼板在加熱時給予剛性約束(見圖2b)，兩個側(cè)邊就不會產(chǎn)生變形。但是，加熱時鋼板一定會膨脹，所以只能在無約束的垂直方向膨脹(厚度方向)，從而使鋼板變得更厚。同樣，當(dāng)鋼板溫度降至室溫時，也將在各方向上收縮(見圖2c)，這樣，工件就發(fā)生了永久性彎曲或扭曲變形。
在焊接受熱過程中，膨脹和收縮作用于焊接金屬和基材上，焊縫和基材因局部被加熱而形成很大的溫度梯度。冷卻時，焊接金屬試圖正常收縮至室溫時的體積。但是，熔化的焊接金屬因基材而受到約束，焊縫金屬和基材之間就會產(chǎn)生應(yīng)力集中。焊縫附近區(qū)域因此產(chǎn)生應(yīng)力集中而伸展或彎曲或變薄，這些超過焊縫金屬屈服應(yīng)力的集中釋放就形成了永久變形。
當(dāng)焊接溫度接近室溫，整個基材受到約束而無法變形，金屬的伸縮應(yīng)力接近屈服應(yīng)力。
展開 這是一條很好的焊接變形控制措施
薄板焊接變形具有復(fù)雜性、多元性的特點，是國內(nèi)外焊接制造的一個技術(shù)難題。本文針對生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，對翼板焊接變形進(jìn)行分析，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行反變形處理，優(yōu)化焊接順序，較好地解決了焊接變形的問題。
2. 焊接變形的種類
焊接過程中焊件產(chǎn)生的變形稱為焊接變形。隨著溫度的下降，變形一直在進(jìn)行，直到溫度變?yōu)槭覝兀?em>變形趨于穩(wěn)定。此時殘留的變形稱之為焊接殘余變形。焊接殘余變形我們可以分為兩大類：整體變形和局部變形。
（1）整體變形?橫向收縮變形：焊接后沿垂直焊縫軸線方向的尺寸收縮。焊接熱輸入、裝配間隙和接頭形式等是產(chǎn)生橫向收縮變形的主要影響因素。
當(dāng)兩板自由對接、焊縫不長、橫向沒有約束時，橫向收縮變形量要比縱向的大得多。
縱向收縮變形：焊件沿焊縫長度方向上尺寸的收縮，隨焊縫長度的增加其收縮量也增加。另外，還有其他影響因素，如焊件的截面積、焊接熱輸入、焊接工藝等。
彎曲變形：如果焊件上的焊縫不位于焊件的中性軸上，并且相對于中性軸不對稱（上下、左右），則焊后焊件將會產(chǎn)生彎曲變形。
（2）局部變形?角變形：焊接時，因焊接區(qū)沿板材厚度方向不均勻的橫向收縮而引起的回轉(zhuǎn)變形稱為角變形。角變形的大小通常與坡口形式、焊接層數(shù)、焊接方法等有關(guān)。
波浪變形：焊后構(gòu)件產(chǎn)生形似波浪的變形稱為波浪變形。這種變形主要發(fā)生在板厚較小（6～8mm以下）的情況。薄板對接焊后，存在于板中的內(nèi)應(yīng)力，在焊縫附近是拉應(yīng)力，離開焊縫較遠(yuǎn)的兩側(cè)區(qū)域為壓應(yīng)力，如壓應(yīng)力較大，平板失去穩(wěn)定就產(chǎn)生波浪變形
3. 焊接變形產(chǎn)生的原因
焊接應(yīng)力影響、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、工藝制定不合理等因素都是產(chǎn)生焊接變形的原因。焊接變形量的大小受到焊接加工過程中的各種工藝流程和參數(shù)的影響，是一個十分復(fù)雜的形成過程。
展開 技術(shù)｜控制焊接殘余變形的工藝措施
1、利用反變形法控制焊接變形
為了抵消和補償焊接變形，在焊前進(jìn)行裝配時，先將工件向與焊接變形相反的方向進(jìn)行人為的變形，這種方法稱為反變形法。反變形法是生產(chǎn)中最常用的方法，通常適用于控制焊件的角變形和彎曲變形。
2、用剛性固定法控制焊接變形
利用夾具、支撐、專用胎具、定位焊等方法來增大結(jié)構(gòu)的剛性，減小焊接變形的方法稱為剛性固定法。剛性固定法簡單易行，是生產(chǎn)中常用的一種減小焊接變形的方法。生產(chǎn)中常用剛性固定配合反變形來控制焊接變形。
3、選擇合理的裝焊順序控制焊接變形
同一焊接結(jié)構(gòu)，采用不同的裝焊順序，所引起的焊接變形量往往不同，應(yīng)選擇引起焊接變形最小的裝焊順序。一般采取先總裝后焊接的順序，結(jié)構(gòu)焊后焊接變形較小。
4、選擇合理的焊接順序控制焊接變形
當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)上有多條焊縫時，不同的焊接順序?qū)鸩煌?em>焊接變形量。合理的焊接順序是指：當(dāng)焊縫對稱布置時，應(yīng)采用對稱焊接；當(dāng)焊縫不對稱布置時，應(yīng)先焊焊縫小的一側(cè)。此外，采用跳焊法、分段退焊法等控制焊接變形均有較好的效果。
5、散熱法
散熱法又稱強迫冷卻法。就是把焊接處熱量散走，使焊縫附近的金屬受熱面大大減小，達(dá)到減小變形的目的。散熱法有水浸法和散熱墊法。
6、錘擊法
利用錘擊焊縫使焊縫延伸，就能在一定程度上克服由焊縫收縮所引起的變形。例如，薄板對接焊后會產(chǎn)生波浪變形，就可以用錘在焊縫長度方向上對焊縫進(jìn)行錘擊來克服其變形。
7、選擇合理的焊接方法
選用能量比較集中的焊接方法如CO2氣體保護(hù)焊、等離子弧焊來代替氣焊和手工電弧焊進(jìn)行薄板焊接，可減小變形量。
展開 預(yù)防焊接變形的幾個要點，簡單實用！
采用熱輸入較小的焊接方法。如：CO2氣體保護(hù)焊。
3． 厚板焊接盡可能采用多層焊代替單層焊。
4． 在滿足設(shè)計要求的情況下，縱向加強肋和橫向加強肋的焊接可采用間斷焊接法。
5． 雙面均可焊接操作時，要采用雙面對稱坡口，并在多層焊時采用與構(gòu)件中和軸對稱的焊接順序。
6． T形接頭板厚較大時采用開坡口角對接焊縫。
7． 采用焊前反變形方法控制焊后的角變形。
8． 采用剛性夾具固定法控制焊后變形。
9． 采用構(gòu)件的預(yù)留長度法補償焊縫縱向收縮變形。如：H形縱向焊縫每米可預(yù)留0.5~0.7毫米。
10． 對于長構(gòu)件的扭曲。主要靠提高板材平整度和構(gòu)件組裝精度，使坡口角度和間隙準(zhǔn)確。電弧的指向或?qū)χ袦?zhǔn)確，以使焊縫角度變形和翼板及腹板縱向變形值與構(gòu)件長度方向一致。
11． 在焊縫較多的構(gòu)件組焊或結(jié)構(gòu)安裝時，要采取合理的焊接順序。
12． 焊接薄板時，采用水中焊接法。即在水中用保護(hù)氣體包圍熔池，并由氣體將附近的水完全排除，以保證焊接正常進(jìn)行。采用此法，固熔池周圍的金屬及時被水冷卻，而將變形量控制到很小的程度（在焊接側(cè)的對面加循環(huán)冷卻液帶走焊接產(chǎn)生的熱量）。
13． 多段對稱的焊接，即焊一段，停一會，到對面焊，停一會。（文章部分內(nèi)容整合網(wǎng)絡(luò)）
更多案例，請關(guān)注公眾號：焊潮網(wǎng)
ID;realweld
展開 設(shè)計仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預(yù)測汽車結(jié)構(gòu)
通過關(guān)注的6個測量點的數(shù)據(jù)對比分析，可以看到，掃描的變形結(jié)果與仿真的變形結(jié)果最小的誤差只有2.61%，最大的變形誤差為8.13%。
同樣的方法，對側(cè)圍門框激光焊接工藝進(jìn)行仿真，按照實際的工裝、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數(shù)，在Simufact welding建立焊接仿真模型，模型如下圖所示：
側(cè)圍門框激光焊接仿真模型
通過與實際物理試驗掃描結(jié)果對比，Simufact welding 焊接變形仿真結(jié)果與實際焊接變形非常接近，獲得了較高的仿真精度，大部分位置的變形誤差控制在10%以內(nèi)，其中B 柱鉸鏈孔附近y向變形最大，預(yù)測結(jié)果為1.74mm，掃描結(jié)果為2.00mm，相對誤差13%，在仿真分析中，這個誤差也認(rèn)為在合理的誤差內(nèi)。這個仿真分析中沒有考慮鈑金沖壓成形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、回彈、壁厚減薄等對焊接工藝的影響。Simufact welding可以與Simufact forming鈑金沖壓成形功能實現(xiàn)沖壓-焊接、焊接-沖壓等工藝鏈仿真，充分考慮了實際的制造工藝鏈。
展開 
解決不銹鋼焊接變形的幾種方案
結(jié)束語
總之，焊接變形在不銹鋼焊接中是不可避免的，對不銹鋼構(gòu)件的加工和實際使用有一定的影響。為了避免這些影響，就要從焊接工藝上多下功夫，包括焊接方法、工藝參數(shù)、順序、構(gòu)件的定位與卡裝、焊后處理等，爭取把焊接變形控制到最小。在每個環(huán)節(jié)控制過程中，都需要工程技術(shù)人員與焊接操作工緊密配合，理論數(shù)據(jù)與實際情況相結(jié)合，合理地制定施工方案，因地制宜地對構(gòu)件焊接變形進(jìn)行全方位控制，才能制造出更加完美的產(chǎn)品。
本文轉(zhuǎn)自鈑金與制作
案例分享 | 基于Simufact的前縱梁點焊焊接變形仿真優(yōu)化
支撐夾緊及補焊定位點示意圖
c）搭接間隙管控
共設(shè)計兩種方案用于評價搭接間隙對三面搭接焊接變形的影響。
兩種搭接間隙管控方案
仿真結(jié)果
在使用Simufact Welding軟件對各個方案進(jìn)行仿真后，綜合以上的優(yōu)化方案仿真結(jié)論，可以得出前縱梁焊接變形的最佳優(yōu)化方案。繼續(xù)采用Simufact對最佳優(yōu)化方案進(jìn)行仿真，得到仿真結(jié)果如下圖所示。
優(yōu)化后仿真云圖
結(jié)論
通過對比不同的方案仿真結(jié)果，可以得出有效的優(yōu)化方案。在焊接順序、工裝優(yōu)化、搭接間隙優(yōu)化三項對比分析中選取各自最優(yōu)的方案，并根據(jù)結(jié)論重新設(shè)置仿真模型進(jìn)行求解計算。
經(jīng)計算，前縱梁點焊后的變形量結(jié)果在0.6mm以內(nèi)，滿足前縱梁縱梁精度質(zhì)量要求。本案例實施方式和結(jié)論也可以推廣到其他U型三面搭接焊接結(jié)構(gòu)，為精度管控提供有效的方案參考。
總結(jié)
本文通過以點帶面，分析“U”型搭接結(jié)構(gòu)的焊點優(yōu)化和實物對比，對于其他結(jié)構(gòu)的焊接變形的分析提出一個分析的流程和參考。
通過采用Simufact仿真技術(shù)，對焊接變形進(jìn)行仿真和對策實施，在達(dá)成預(yù)期品質(zhì)的同時可大幅度減少工業(yè)化階段的調(diào)試周期和成本，對降低調(diào)試成本具有很好的參考意義。
本文通過以點帶面，分析“U”型搭接結(jié)構(gòu)的焊點優(yōu)化和實物對比，對于其他結(jié)構(gòu)的焊接變形的分析提出一個分析的流程和參考。
通過采用Simufact仿真技術(shù)，對焊接變形進(jìn)行仿真和對策實施，在達(dá)成預(yù)期品質(zhì)的同時可大幅度減少工業(yè)化階段的調(diào)試周期和成本，對降低調(diào)試成本具有很好的參考意義。
采用Simufact Welding焊接仿真軟件，對各項焊接方案進(jìn)行虛擬測試，可協(xié)助用戶在達(dá)成預(yù)期品質(zhì)的同時可大幅度減少工業(yè)化階段的調(diào)試周期和成本，對降低調(diào)試成本具有很好的參考意義。
文章來源：麥克斯樂
展開 技術(shù) | 鋼結(jié)構(gòu)焊接變形與控制矯正（圖文詳解！）
鋼結(jié)構(gòu)連接普遍采用焊接，且對于一些重要焊縫一般都采用全熔透焊接。金屬焊接時在局部加熱、熔化過程中，加熱區(qū)的金屬與周邊的母材溫度相差很大，產(chǎn)生焊接過程中的瞬時應(yīng)力。
冷卻至原始溫度后，整個接頭區(qū)焊縫及近縫區(qū)的拉應(yīng)力區(qū)與母材在壓應(yīng)力區(qū)數(shù)值達(dá)到平衡，這就產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)本身的焊接殘余應(yīng)力。
此時，在焊接應(yīng)力的作用下焊接件結(jié)構(gòu)發(fā)生多種形式的變形。殘余應(yīng)力的存在與變形的產(chǎn)生是相互轉(zhuǎn)化的，認(rèn)清變形規(guī)律，就不難從中找到防止減少和糾正變形的方法。
一、焊接變形的形式與原因：
鋼結(jié)構(gòu)焊接后發(fā)生的變形大致可分為兩種情況：即整體結(jié)構(gòu)的變形和結(jié)構(gòu)局部的變形。整體結(jié)構(gòu)的變形包括結(jié)構(gòu)的縱向和橫向縮短和彎曲（即翹曲）。局部變形表現(xiàn)為凸彎、波浪形、角變形等多種。
1.變形常見基本形式
常見焊接變形基本形式有如下幾種：
（1）變窄（橫向收縮）的變形；
（2）板材坡口對接焊接后產(chǎn)生的角變形；
（3）焊后構(gòu)件的角變形沿構(gòu)件縱軸方向數(shù)值不同及構(gòu)件翼緣與腹板的縱向收縮不一致形成的扭曲變形；
（4）薄板焊接后母材受壓應(yīng)力區(qū)由于失穩(wěn)而使板面產(chǎn)生翹曲形成的波浪變形；
由于焊縫的縱向和橫向收縮相對于構(gòu)件的中和軸不對稱引起構(gòu)件的整體彎曲，此種變形為彎曲變形。
這些變形都是基本的變形形式，各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)變形都是這些基本變形的發(fā)展、轉(zhuǎn)化和綜合。
2.焊接變形的原因：
在焊接過程中對焊件進(jìn)行了局部的、不均勻的加熱是產(chǎn)生焊接應(yīng)力及變形的原因。焊接時焊縫和焊縫附近受熱區(qū)的金屬發(fā)生膨脹，由于四周較冷的金屬阻止這種膨脹，在焊接區(qū)域內(nèi)就發(fā)生壓縮應(yīng)力和塑性收縮變形，產(chǎn)生了不同程度的橫向和縱向收縮。由于這兩個方向的收縮，造成了焊接結(jié)構(gòu)的各種變形。
展開 利用HyperStudy實現(xiàn)焊接變形率降低93%
HyperStudy還被用來優(yōu)化焊接順序，以最大程度降低支撐塔變形程度。由于使用的焊點在先前優(yōu)化中已經(jīng)被固定，不可進(jìn)行刪除，因此在此優(yōu)化中可以不施加約束條件，這讓支撐塔能夠保持與前面分析中相同的剛度。
顯著減少焊接變形
最初分析發(fā)現(xiàn)，在所有焊點中，有20%的焊點對支撐塔剛度和強度產(chǎn)生關(guān)鍵影響，并且引起的變形可忽略不計。在后續(xù)分析中，這些焊接點被固定在原來位置，以便提高優(yōu)化收斂性。
其余80%的焊點則進(jìn)入優(yōu)化循環(huán)進(jìn)行焊點刪除，以便減少變形程度。負(fù)荷狀態(tài)下的剛度與原始模型剛度相同，但變形程度大大降低。峰值應(yīng)力分析表明，就14種不同載荷工況下支。
撐塔中產(chǎn)生的最大應(yīng)力和這些工況的包絡(luò)圖而言，新的設(shè)計方案也要優(yōu)于原來的方案。在同等設(shè)計方案中，如果采取焊點刪除優(yōu)化，將會使塔頂部預(yù)測的變形率降低56%。由于可以通過ARSM優(yōu)化。
法快速收斂為全局最優(yōu)方案，因此可以將此方法應(yīng)用于范圍更大的問題（例如，整個副車架），而無需在DOE中減少設(shè)計變量的數(shù)量。優(yōu)化焊接順序后，焊接過程中的預(yù)測變形率降低了93%。
HMMO優(yōu)化所產(chǎn)生的帕萊托前沿基于一系列給定的規(guī)范提供了對最佳設(shè)計的有用啟示，這可以用于針對不斷變化的設(shè)計目標(biāo)快速調(diào)整設(shè)計方案。
此方法也非常適用于可以將各焊點均衡化的區(qū)域，以便某一焊點的變形影響可以被另一個焊點抵消或最小化。
結(jié)論
通過使用HyperStudy，Gestamp Tallent能夠?qū)崿F(xiàn)焊點均衡化并獲得最有效的焊點布局，從而在不額外增加工藝成本或降低零件性能的前提下顯著降低變形率。
如果使用HyperStudy減少焊接變形程度和制定最佳焊接程序，無需花費昂貴成本更換工具即可制造出高性能、易于加工的裝配件。
此項目中應(yīng)用的技術(shù)具有通用性，無需任何變動即可應(yīng)用于所有焊接變形項目。
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