焊接變形仿真的案例
設計仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預測汽車結構
通過關注的6個測量點的數據對比分析，可以看到，掃描的變形結果與仿真的變形結果最小的誤差只有2.61%，最大的變形誤差為8.13%。
同樣的方法，對側圍門框激光焊接工藝進行仿真，按照實際的工裝、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數，在Simufact welding建立焊接仿真模型，模型如下圖所示：
側圍門框激光焊接仿真模型
通過與實際物理試驗掃描結果對比，Simufact welding 焊接變形仿真結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，其中B 柱鉸鏈孔附近y向變形最大，預測結果為1.74mm，掃描結果為2.00mm，相對誤差13%，在仿真分析中，這個誤差也認為在合理的誤差內。這個仿真分析中沒有考慮鈑金沖壓成形產生的殘余應力、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 分析示例 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預測汽車結構
一些結構焊接工藝的規劃，經過Simufact welding仿真驗證后，幫助其提升了焊接變形質量控制，受益明顯。
以下案例來自上海大眾汽車有限公司，展示了Simufact welding焊接工藝仿真軟件變形結果與實際焊接變形結果對比。結構分別為B柱熱成型板激光焊接案例以及白車身側圍門框焊接變形。
上海大眾汽車有限公司通過使用Simufact welding焊接仿真軟件，深刻認識到精確的仿真結果需要結合實際焊接工藝仿真，如下圖所示為實際焊裝、焊接順序工藝。
實際焊裝及焊接順序
Simufact welding焊接仿真軟件可以導入實際焊接夾具的工裝模型，按照工裝夾具的作用類型、作用力、作用時間等設置，焊接順序、焊接工藝參數等也可以按照實際焊接工藝參數進行設置。
Simufact welding仿真模型
為了獲得更精確的結果，需要進行熱源校核，以保證仿真的熔池與實際熔池尺寸對應。Simufact welding具有熱計算功能，并且具有焊槍監視器功能，可以實時的監控焊接，快速高效的校核出熱源模型。
Simufact welding具有表面偏差功能，可以實現仿真結果與CAD設計模型、掃描結果進行比較分析，方便更直觀的對變形進行詳細分析。不僅如此，還同樣支持變形分量的對比，用以研究主要變形方向的變形結果。如下圖所示，對比了仿真結果與實際掃描結果，根據對比，仿真結果與實際掃描結果對應非常好。
通過關注的6個測量點的數據對比分析，可以看到，掃描的變形結果與仿真的變形結果最小的誤差只有2.61%，最大的變形誤差為8.13%。
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通過關注的6個測量點的數據對比分析，可以看到，掃描的變形結果與仿真的變形結果最小的誤差只有2.61%，最大的變形誤差為8.13%。
同樣的方法，對側圍門框激光焊接工藝進行仿真，按照實際的工裝、焊接順序、焊接方向、焊接工藝參數，在Simufact welding建立焊接仿真模型，模型如下圖所示：
側圍門框激光焊接仿真模型
通過與實際物理試驗掃描結果對比，Simufact welding 焊接變形仿真結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，其中B 柱鉸鏈孔附近y向變形最大，預測結果為1.74mm，掃描結果為2.00mm，相對誤差13%，在仿真分析中，這個誤差也認為在合理的誤差內。這個仿真分析中沒有考慮鈑金沖壓成形產生的殘余應力、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 案例分享 | 基于Simufact的前縱梁點焊焊接變形仿真優化
支撐夾緊及補焊定位點示意圖
c）搭接間隙管控
共設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
仿真結果
在使用Simufact Welding軟件對各個方案進行仿真后，綜合以上的優化方案仿真結論，可以得出前縱梁焊接變形的最佳優化方案。繼續采用Simufact對最佳優化方案進行仿真，得到仿真結果如下圖所示。
優化后仿真云圖
結論
通過對比不同的方案仿真結果，可以得出有效的優化方案。在焊接順序、工裝優化、搭接間隙優化三項對比分析中選取各自最優的方案，并根據結論重新設置仿真模型進行求解計算。
經計算，前縱梁點焊后的變形量結果在0.6mm以內，滿足前縱梁縱梁精度質量要求。本案例實施方式和結論也可以推廣到其他U型三面搭接焊接結構，為精度管控提供有效的方案參考。
總結
本文通過以點帶面，分析“U”型搭接結構的焊點優化和實物對比，對于其他結構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，對焊接變形進行仿真和對策實施，在達成預期品質的同時可大幅度減少工業化階段的調試周期和成本，對降低調試成本具有很好的參考意義。
本文通過以點帶面，分析“U”型搭接結構的焊點優化和實物對比，對于其他結構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，對焊接變形進行仿真和對策實施，在達成預期品質的同時可大幅度減少工業化階段的調試周期和成本，對降低調試成本具有很好的參考意義。
采用Simufact Welding焊接仿真軟件，對各項焊接方案進行虛擬測試，可協助用戶在達成預期品質的同時可大幅度減少工業化階段的調試周期和成本，對降低調試成本具有很好的參考意義。
文章來源：麥克斯樂
展開 
Abaqus焊接仿真案例展示
熱彈塑性有限元計算過程中，為了得到準確而快捷地模擬非線性過程，采用Abaqus對焊接進行模擬分析。
核心要求：選擇合適的3D板殼單元建立有限模型。
根據已有的有限元模型，利用Abaqus軟件重新布置網格建立有限元模型，模擬其焊接過程。
Abaqus在焊接變形預測的應用：
Abaqus焊接變形預測仿真是基于熱彈塑性理論的預測方法。
Abaqus熱分析分為穩態熱分析和瞬態熱分析兩種。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力場分析都屬于高度的非線性瞬態分 析過程析過程。
其主要步驟為：
1) 首先進行熱分析，得到焊接溫度場；
2) 重新進入前處理，將熱單元轉化為相應的結構單元；
3) 設置結構分析的材料屬性以及前處理細節；
4) 讀入熱分析析的節點節點溫度度；；
5) 設置參考溫度，即設置構件加熱初始均勻溫度；
6)求解和后處理。
內容來源：有限元在線
展開 基于InteWeld的焊接模擬仿真
隨后，將人員全程跟蹤施焊過程記錄的數據（包括焊接工藝參數、施焊順序、施焊層道情況、預熱及后熱措施、防變形工藝撐[8,9,10]，設置在支撐臂的焊接仿真計算中[9]。
2.3焊接接頭仿真
支撐臂焊縫形式多樣，為了提高焊接仿真的精確性，需從支撐臂中導出接頭建立多個焊接接頭模塊[11]，如圖5所示。
圖5 支撐臂的焊接接頭模型
焊縫形式既有坡口焊縫，又有角焊縫。坡口深為6 mm，角焊縫焊腳尺寸為4、5 mm。接頭總網格數為30 000～100 000不等，最小的網格尺寸為0.5mm。將接頭計算結果導入總體結構進行仿真計算[12]。
圖6 多層多道焊接
焊縫采用多層多道焊接[13]，焊層設置如果6所示。
2.4 仿真計算結果
圖7 焊接變形結果
支撐臂焊接仿真計算總用時約42h。焊接變形結果如圖7所示。
從變形結果可以看出，支撐臂的丫子開口端頭變形量最大，兩側翼板向內收縮。丫子尾端變形量小，丫子中段基本不變。
3 數據對比分析
將仿真計算結果和實際生產數據進行對比，如表2所示。
表2 實際位移與仿真位移數據對比
從表2可看出，支撐臂的仿真模擬總變形趨勢與生產實際測量的變形趨勢一致，整體向內側收縮。二者在數值上稍有差別。仿真性最優點在B處，仿真度達到83%。3處測量值平均仿真度為77%，具有穩定可靠的仿真性。
4 結論
本文對支撐臂采用合理的焊接工藝及措施進行焊接，焊后測量其變形值。并使用焊接虛擬仿真軟件InteWeld對支撐臂進行仿真計算。
1）當采用相同的焊接工藝和控制措施施焊時，軟件模擬仿真計算的零件變形情況和實際生產測量數值變化趨勢一致[14]，尚存在一定的差異性，最優處仿真度達到83%。平均仿真度達到77%。
展開 ESI集團焊接模擬仿真軟件SYSWELD 2019版本更新介紹！三大應用場景全力更新！
在最新版中，ESI集團增強了SYSWELD2019的焊接及熱處理仿真能力，進一步提高了材料特性、殘余應力、變形的預測能力，為構件尺寸工差和產品性能控制提供幫助。
最新版對網格能力進行了更進一步的增強，顯著降低焊接及熱處理網格劃分的時間。
新版本支持新的接觸算法NIT3D，利用該算法可以考慮部件局部熔化的接觸行為。新版本還支持熱處理-機加鏈式仿真分析。新版本支持多工序仿真過程中焊接及熱處理仿真數據的智能傳遞。
SYSWELD的價值在于通過考慮焊接、焊接裝配、熱處理的鏈式仿真來減少傳統物理實驗，控制優化材料特性、焊接順序及焊接完整性，提高產品質量、性能和服役時間。
3.焊接變形仿真優化
對于造船業，SYWELD 2019有助于預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，解決船舶業中焊接變形的常見問題。
針對車間生產，SYSWELD 2019可以通過簡化的直觀界面提供焊接順序計劃的優化，提供專用的自動網格劃分功能和簡單的模型設置。 制造工程師可以快速識別主要負責變形的焊縫，并研究各種工藝參數變化的影響，包括排序，夾緊和預熱。
Conclusion
?基于殼體、實體、殼體/實體網格，大型工業模型可進行自動網格劃分和簡單的模型設置；
?快速評估導致主要變形的焊縫；
?簡化、直觀的解決方案以便缺少FEA經驗的用戶進行分析。
展開 ESI集團SYSWELD焊接仿真軟件更新！針對船舶行業大型部件焊接變形提供更優解決方案
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Benefits
?通過用戶定義的標準自動進行焊接順序優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 鋼結構焊接變形的火焰校正方法
而鋼結構廠房的主要構件是焊接H型鋼柱、梁、撐。這些構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，則不僅影響結構整體安裝，還會降低工程的安全可靠性。
焊接鋼結構產生的變形超過技術設計允許變形范圍，應設法進行矯正，使其達到符合產品質量要求。實踐證明，多數變形的構件是可以矯正的。矯正的方法都是設法造成新的變形來達到抵消已經發生的變形。
在生產過程中普遍應用的矯正方法，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、溫度控制不當還會造成構件新的更大變形。因此，火焰矯正要有豐富的實踐經驗。本文對鋼結構焊接變形的種類、矯正方法作了一個粗略的分析。
鋼結構焊接變形的種類與火焰矯正
（1）鋼結構的主要構件是焊接H型鋼柱、梁、撐。
焊接變形經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 避免焊接變形方法
1減小焊縫變形的常規步驟？
主要步驟如圖1～圖3所示。
控制附加應力及變形的方法？
a.可以采用在焊道每一側進行多道對接焊縫以減小角變形；
b.對于復雜結構應調整結構的焊接位置及順序，以平衡產生的收縮力，通常應采用對角焊縫結構；
c.在較冷的環境中，采用焊前預熱，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.大型焊件焊后進行熱處理主要是為了減少殘余應力，并防止在機械加工的焊縫表面產生變形。對于一個具有較大殘余應力的焊接結構，采用機械加工方法消除焊縫金屬可能會導致產生更大的變形；
e.火焰校正法，見第3條。
實際應用中經常將兩種或更多的控制應力和變形的方法結合應用，以獲得良好的應用效果。
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的溫度見下表：
來源：網絡整合。
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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雜性、多元性的特點，是國內外焊接制造的一個技術難題。本文針對生產中出現的問題，對翼板焊接變形進行分析，并根據預測結果進行反變形處理，優化焊接順序，較好地解決了焊接變形的問題。
2. 焊接變形的種類
焊接過程中焊件產生的變形稱為焊接變形。隨著溫度的下降，變形一直在進行，直到溫度變為室溫，變形趨于穩定。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生橫向收縮變形的主要影響因素。
當兩板自由對接、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），則焊后焊件將會產生彎曲變形。
（2）局部變形?角變形：焊接時，因焊接區沿板材厚度方向不均勻的橫向收縮而引起的回轉變形稱為角變形。角變形的大小通常與坡口形式、焊接層數、焊接方法等有關。
波浪變形：焊后構件產生形似波浪的變形稱為波浪變形。這種變形主要發生在板厚較小（6～8mm以下）的情況。薄板對接焊后，存在于板中的內應力，在焊縫附近是拉應力，離開焊縫較遠的兩側區域為壓應力，如壓應力較大，平板失去穩定就產生波浪變形
3. 焊接變形產生的原因
焊接應力影響、結構設計不合理、工藝制定不合理等因素都是產生焊接變形的原因。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的影響，是一個十分復雜的形成過程。
展開 
技術｜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，在焊前進行裝配時，先將工件向與焊接變形相反的方向進行人為的變形，這種方法稱為反變形法。反變形法是生產中最常用的方法，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構的剛性，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，是生產中常用的一種減小焊接變形的方法。生產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
同一焊接結構，采用不同的裝焊順序，所引起的焊接變形量往往不同，應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，結構焊后焊接變形較小。
4、選擇合理的焊接順序控制焊接變形
當焊接結構上有多條焊縫時，不同的焊接順序將會引起不同的焊接變形量。合理的焊接順序是指：當焊縫對稱布置時，應采用對稱焊接；當焊縫不對稱布置時，應先焊焊縫小的一側。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，薄板對接焊后會產生波浪變形，就可以用錘在焊縫長度方向上對焊縫進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氣體保護焊、等離子弧焊來代替氣焊和手工電弧焊進行薄板焊接，可減小變形量。
展開 預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氣體保護焊。
3． 厚板焊接盡可能采用多層焊代替單層焊。
4． 在滿足設計要求的情況下，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． 采用構件的預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留0.5~0.7毫米。
10． 對于長構件的扭曲。主要靠提高板材平整度和構件組裝精度，使坡口角度和間隙準確。電弧的指向或對中準確，以使焊縫角度變形和翼板及腹板縱向變形值與構件長度方向一致。
11． 在焊縫較多的構件組焊或結構安裝時，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（在焊接側的對面加循環冷卻液帶走焊接產生的熱量）。
13． 多段對稱的焊接，即焊一段，停一會，到對面焊，停一會。（文章部分內容整合網絡）
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ID;realweld
展開 技術 | 焊接變形的控制和預防
摘要:焊工常常要面對焊接變形問題(焊接電弧產生的熱量引起的基板變形)。產生焊接變形的原因有多種，最關鍵的因素并不是結構問題。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所引起的膨脹和收縮形成焊接變形。焊接時，沿同一邊持續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中，很多因素影響金屬的收縮并導致變形，如金屬在受熱時其物理、機械性能發生變化。當熱膨脹增加、熱量增大時(見圖1)，焊接區域溫度升高，焊接區域鋼板的彎曲強度、彈性、熱導性能將降低。
2 產生焊接變形的原因
在金屬冷熱變化過程中，應了解怎樣產生變形、為什么產生變形。圖2為一組鋼板冷熱變化時產生的變形示例。均勻加熱鋼板時，向各個方向均勻膨脹，見圖2a。當鋼板冷卻至室溫時，也是均勻收縮并恢復至原始尺寸。如果鋼板在加熱時給予剛性約束(見圖2b)，兩個側邊就不會產生變形。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生應力集中。焊縫附近區域因此產生應力集中而伸展或彎曲或變薄，這些超過焊縫金屬屈服應力的集中釋放就形成了永久變形。
當焊接溫度接近室溫，整個基材受到約束而無法變形，金屬的伸縮應力接近屈服應力。
展開 解決不銹鋼焊接變形的幾種方案
結束語
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、順序、構件的定位與卡裝、焊后處理等，爭取把焊接變形控制到最小。在每個環節控制過程中，都需要工程技術人員與焊接操作工緊密配合，理論數據與實際情況相結合，合理地制定施工方案，因地制宜地對構件焊接變形進行全方位控制，才能制造出更加完美的產品。
本文轉自鈑金與制作
