(广西工业职业技术学院 广西南宁 530003)
摘要：本文对近年来SYSWELD焊接过程数值模拟的应用情况作了概括介绍，总结了SYSWELD在应用中存在的问题，并展望其在焊接生产领域的发展前景。
关键词：SYSWELD；焊接模拟；发展前景
引言
仿真技术已成为早期预测产品设计、加工工艺性能、实际使用中可能产生问题的主要手段之一。而SYSWELD已经成为焊接、热处理、焊接装配工艺模拟的先导。它综合考虑了材料性能，设计因素，工艺条件。能够揭示出包含在焊接、热处理、焊接装配中的复杂物理现象，从而降低产品成本和焊接结构的重量，能通过SYSWELD焊接模拟指出所有物理作用引起的构件变形和焊后残余应力，在产品设计最初阶段保证最大安全性，并控制加工工艺。
焊接关键是尽可能的减少和消除焊接变形，减少修复量，研究不同工艺下的构件耐久度等。焊接工程师需要通过优化工艺类型及焊接工艺参数找到变形、残余应力和塑性变形的最佳结合点，研究它们对焊后材料性能和零件最终形状的影响。而SYSWELD可以在如下几点帮助焊接工程师：①SYSWELD焊接模拟能够估测焊接构件最终变形量，因为装配结构需要按一定顺序进行连续焊或点焊，所以合理的焊接位置和焊接顺序是焊接装配工艺设计的关键；②SYSWELD焊接模拟能够预测并使焊接变形量最小化，从而提高产品的整体质量，降低成本；③SYSWELD焊接模拟能够使残余应力最小化，通过焊接模拟使应力梯度最小化是控制焊接工艺的有效途径；④SYSWELD能够研究几何敏感性、材料和工艺参数，尤其是在设计阶段，可以减少设计错误，避免了后期昂贵的工程修改；⑤优化焊接工艺，SYSWELD中可以定义焊接顺序，控制焊接工艺参数，如焊接速度、热输入量等等。
1 SYSWELD焊接过程数值模拟的应用
近十几年来，大量工程技术人员和科研专家应用SYSWELD焊接模拟使其在焊接领域的应用得到了快速发展，总计有近1000多项的研究成果，特别在2012年有近100多项的研究成果，并且有很多成果在指导工程实践中发挥了重要作用。如《基于SYSWELD的T91级管线钢管环焊缝接头残余应力数值模拟》的研究对象是91钢管，基于试验结果校准处理其环焊热源模型，使用SYSWELD数值模拟软件对整个焊接过程进行了模拟计算，分析了焊接接头在焊接过程中的温度、应力等变化，预测焊后的残余应力。[1]《某运煤专用敞车上侧梁焊接变形Weld Planner仿真》采用SYSWELD系列软件对其焊接变形进行了仿真分析，较准确地预测某运煤专用敞车上侧梁的焊接变形。[2]《补焊位置对S355J2W对接接头残余应力分布影响》以S355J2W钢为例，运用SYSWELD软件，建立平板对接接头焊缝不同部位补焊的有限元模型，分别针对焊缝中心补焊和热影响区补焊残余应力场进行数值模拟，绘制分析曲线研究焊接残余应力大小及变化规律， 研究出了不同补焊位置下的焊接残余应力的分布规律。[3]《过载拉伸消除不锈钢焊接残余应力的数值分析》采用试验与数值模拟相结合的方式对过载法消除残余应力做了定量分析。应用SYSWELD软件对多层焊进行焊接模拟，得到焊接后残余应力场，将其导入Nastran软件，再进行过载拉伸模拟,研究其残余应力的变化规律。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆[4]《不同工艺下点焊残余应力的数值分析》采用SYSWELD有限元分析软件，对超强钢电阻点焊应力场进行了模拟，分析了加热及冷却过程应力变化及分布特点，同时分析了不同工艺对焊核热影响区应力的影响。[5]
2 SYSWELD焊接过程数值模拟的应用存在的问题
目前，SYSWELD焊接过程数值模拟在应用中存在的问题有如下几点：
（1）焊接热源建模是进行焊接数值模拟的基础，而目前比较成熟应用的热源模型有高斯函数分布热源、双椭圆分布热源、半椭圆球体分布热源、双椭圆球体分布热源、双椭圆分布热源等，SYSWELD 软件模型库虽然提供了上述各种类型热源模型。但在实际应用中，有时要经过反复校正，才能最终确定合适的热源函数。特别是对于多层焊的接头，有时各层采用不同的焊接工艺参数，为了确保数值模拟结果的有效性，尽可能地符合实际情况，要以各焊层为对象来构建配套的热源模型，每层焊接结束后对熔池的形状及尺寸进行测量，并予以严格记录，并根据熔池数据对热源做必要的校正。有时由于数值计算得到的熔池形状和通过试验得到的熔池形状不吻合，需对热源模型参数予以调整后然后再进行数值计算，直至两者相符为止。
（2）穿孔型等离子弧焊接由于其适用的工艺参数区间窄，可调范围小，穿孔型等离子弧焊接焊缝具有“倒喇叭”状的焊缝成形。现有的热源模式无法准确模拟出深宽比大的焊缝形状尺寸，需要充分考虑穿孔型等离子弧焊接焊接工艺和焊缝形状特点的适用的体积热源分布模式。
（3）在对有限元模型网格划分时，既要考虑计算结果精度要求，同时还要综合考虑模型的计算规模和速度，往往根据温度梯度变化规律及趋势，在焊缝及热影响区重点分析区域采用较细的网格以提高计算准确性，远离焊缝的区域采用较为稀疏的网格以减小运算量，也就对模拟结果的精确性有一定影响。
（4）焊接过程是一个伴随着强烈的物理化学反应的非线性复杂过程，其间发生的各种复杂现象难以依靠经验来解决实际问题。使用数值模拟来研究也只是模拟焊接过程中的各种现象，模拟结果和实际情况间有一定误差。
3 SYSWELD焊接过程数值模拟的发展前景
大量的SYSWELD焊接模拟研究成果与快速发展的软件技术显示，SYSWELD焊接模拟在焊接仿真上具有一定的可靠性，它能高效快捷的解决工程技术人员在实际生产中的各项问题。SYSWELD模拟技术与焊接工业的结合，成为了焊接技术快速发展的驱动力。随着掌握SYSWELD模拟技术的的工程技术人员的增多，SYSWELD模拟技术在焊接领域的应用范围也会越来越广。
参考文献
[1]缪泽宇,孔凡玉,刘辉.基于SYSWELD的T91级管线钢管环焊缝接头残余应力数值模拟.J.热加工工艺，2016，45(17):156-160．
[2]张磊,武永亮,郭文亮等.某运煤专用敞车上侧梁焊接变形 Weld Planner 仿真.J.焊接技术,2016,45（7）：33-36．
[3]刘亚良，杨鑫华.补焊位置对 S355J2W 对接接头残余应力分布影响.J.辽宁工程技术大学学报,2016，35（11）：1290-1294．
[4]宇慧平,冯 峰,张亦良.过载拉伸消除不锈钢焊接残余应力的数值分析.J.焊接学报,2016,37(8):119-123．
[5]宇慧平,元月,韩长录.不同工艺下点焊残余应力的数值分析.J.焊接技术,2016,45(1):14-17．
论文作者:石秋红,张勤,邓开豪,苏玲娇,潘荣
论文发表刊物:《电力设备》2016年第17期
论文发表时间:2016/11/9
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