材料为Q235A钢板，其焊接热过程仿真采用的材料热物理性能和力学性能参数见表1。
2 结果及分析
2.1 宽度中心至长度中心的对称焊顺序
图2为由方形法兰的宽度中心焊接到长度中心的对称焊焊接顺序下、焊接至50步时的焊接温度场和应力场分布情况。可以看出，焊接过程中焊缝区温度超过材料熔点、且峰值焊接应力接近Q235A材料的常温屈服强度值。
2.3 法兰拐角焊至长度/宽度中心的对称焊顺序
图6为由方形法兰直角拐角位置分别焊至其长度中心和宽度中心的焊接顺序情况下、焊后冷却至室温且卡具卸掉后结构的焊接变形情况（变形放大15倍）。由图6（a）、图 6（b）可以看出，方形法兰长度方向的角变形量略小于宽度方向，且长度方向上法兰盘内侧的竖直位移大于法兰盘外侧的竖直位移，同时法兰盘长度中心附近的较大区域呈现正向挠曲竖直位移峰值，故法兰盘整体呈上凸的变形趋势，且方形法兰盘表面在长度方向有轻微的扭曲变形趋势。该焊接顺序下法兰的平面度为2.34mm。
3种对称焊焊接顺序下的测试结果与仿真计算结果趋势相符，一致性较好。其中由宽度中心焊至长度中心情况的立向壁板角变形位移最小，但挠曲变形起决定作用的法兰盘平面度指标最差;而长度中心焊至宽度中心情况的立向壁板发生角变形位移最大，特别是法兰长度方向，但挠曲变形起决定作用的法兰盘平面度指标最小。由法兰直角位置分别焊至长度/宽度中心焊接顺序的立向壁板的角变形位移和法兰盘的平面度指标均居于前两种焊接顺序之间。
三者之中长度中心焊至宽度中心的对称焊焊接顺序，对法兰后续装配及介质泄漏量的控制上具有优势。
3 结 论
1）方形法兰板壳结构的焊接变形是角变形和挠曲变形综合作用的结果，前者因角焊缝表面和焊根焊后横向收缩的差异引起，后者因角焊缝未处于中性轴上、焊后纵向收缩产生偏心力矩引起。
2）由长度中心焊至宽度中心的对称焊顺序下决定泄漏量的法兰平面度指标最小，约为1.8mm，为宽度中心焊至长度中心对称焊的53%。
参 考 文 献：
[1] 孟吉登. 船用钢板焊接应力变形的数值模拟与研究[D]. 江苏大学， 2014.
[2] 闫德俊， 刘雪松， 周广涛， 等. 大型底板结构焊接顺序控制变形数值分析[J]. 焊接学报， 2009， 30（6）：55.
[3] 王阳. 大型复杂船体结构焊接变形分析方法的研究及应用[D]. 上海交通大学， 2015.
[4] 哈尔滨工业大学 田锡唐. 焊接结构[M]. 机械工业出版社， 1982.
[5] 周广涛， 刘雪松， 闫德俊，等. 顶板焊接顺序优化减小焊接变形的预测[J]. 焊接学报， 2009， 30（9）：109.
[6] 张志英， 江志斌， 虞成全. 造船（中钢板）焊接变形的自动火焰矫正工艺系统[J]. 机械工程学报， 2006， 42（1）：196.
[7] 薛忠明， 曲文卿， 柴鹏，等. 焊接变形预测技术研究进展[J]. 焊接学报， 2003， 24（3）：87.
[8] 库兹米诺夫 CA.船体结构的焊接变形[M]. 国防工业出版社， 1978.
[9] 李球.高速列车转向架焊接质量分析及控制方法研究[D].大连交通大学， 2008.
[10]周燕妮，孙智.焊接顺序对焊接残余应力的影响[J].焊接， 2011（12）：12.
[11]汪洪峰，王立涛，张光胜，等.门座式起重机焊接件疲劳破坏的成因及其修复、维护措施[J]. 焊接技术， 2006， 35（4）：16.
[12]尚英齐，陈芙蓉，范文学，等.7A52铝合金及其焊接接头冲击韧性研究[J].焊接技术，2012，41（10）：7.
[13]张利国，姬书得，方洪渊，等.分段焊的焊接顺序T形接头残余应力场的影响[J].焊接学报，2006，27（12）：109.
[14]BROWN S. SONG H. Finite Element Simulation of Welding of Large Structure [J]. Journal of Engineering for Industry Transactions of ASME， 1992， 114（4）： 441.
[15]谢智华.钢桥主桁箱形梁焊接工艺及对其变形的控制[J]. 焊接， 1999（9）：25.
[16]CAI Z， ZHAO H. Efficient Finite Element Approach for Modelling of Actual Welded Structures[J]. Science & Technology of Welding & Joining， 2013， 8（3）：195.
[17]姬书得，方洪渊，刘雪松，等.基于串状热源的手工摆焊应力场的数值模拟[J].焊接学报，2005，26（5）：46.
[18]李敬東.选择合理的焊接顺序是制定焊接工艺的关键[J].内蒙古水利， 2002（4）：116.
[19]崔晓芳， 岳红杰， 兆文忠，等. 高速机车构架侧梁的焊接顺序[J]. 焊接学报， 2006， 27（1）：101.
[20]YI H J， KIM J Y， YOON J H， et al. Investigations on Welding Residual Stress and Distortion in a Cylinder Assembly by Means of a 3D Finite Element Method and Experiments[J]. Journal of Mechanical Science and Technology， 2011， 25（12）：3185.
（编辑：关 毅）
推荐访问： 焊接 法兰 方形 容器 变形
