[发明专利]参量对焊接残余应力及变形影响敏感度获取方法

说明书

本发明涉及焊接领域，公开了一种参量对焊接残余应力及变形影响敏感度获取方法，建立焊接接头焊接过程的仿真模型；选定母材材料的多个性能参数，依次实验获取各个性能参数的参量；分别以各个性能参数的参量为基准，取该参量的设定差值范围内的多个不同参量数值依次输入仿真模型；重新实验获取敏感度最高的性能参数的参量，以该性能参数的参量为基准，取该参量的设定差值范围内的多个不同参量数值依次输入仿真模型；对比各个性能参数的参量变化对应的双峰特性曲线，确定敏感度最高的性能参数，形成闭环分析。本发明能够构建核心焊接仿真数据库和提高焊接仿真可靠性，减少测试试验成本。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种热物理、热力学参量对焊接残余应力及变形影响敏感度获取方法。

背景技术

通过查阅教科书或参考文献得知，很多外在特征主要受材料单项性能变化的影响：低碳钢焊件纵向焊接残余应力峰值呈现单峰分布特征，而且单峰峰值接近材料屈服极限；铝合金平板中纵向残余应力峰值比其屈服极限低，呈现双峰分布特征；铝合金焊件纵向残余应力峰值约为屈服极限的0.5～0.8倍的主要原因是铝合金材料的热导率高；线膨胀系数是影响铝合金焊接横向收缩的主要原因；焊缝和近缝区金属在力学熔点及以下温度冷却收缩受阻是形成焊接残余应力产生的根本原因。通过对碳钢焊接残余应力场进行测量，发现低碳钢焊接件中纵向焊接残余应力峰值与其屈服极限接近，而铝、钛合金等金属纵向残余应力峰值则低于屈服强度；通过切条释放法和实验室研制的超声波测量系统对薄板铝合金平板焊件中纵向残余应力进行测量，以及参阅其它文献，均证实在一般情况下铝合金焊件纵向残余应力峰值比其屈服极限低。

由于焊接热过程的复杂性，不能通过简单的数学计算和试验测量来获得残余应力和变形的演变过程，更无法获知各材料性能影响的程度。目前工程上焊接变形仿真已应用广泛，但针对残余应力分布等内在关系的模拟仿真因其数学模型复杂、见效慢等问题仍未受到普遍重视。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种参量对焊接残余应力及变形影响敏感度获取方法，以解决针对残余应力分布等内在关系的模拟仿真因其数学模型复杂、见效慢等问题仍未受到普遍重视的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种参量对焊接残余应力及变形影响敏感度获取方法，其包括如下步骤：

步骤1：利用有限元法建立焊接接头焊接过程的仿真模型；

步骤2：选定母材材料的多个性能参数，依次实验获取各个性能参数的参量；

步骤3：分别以各个性能参数的参量为基准，取该参量的设定差值范围内的多个不同参量数值依次输入仿真模型，获得该性能参数的参量变化对应的双峰特性曲线；

步骤4：对比各个性能参数的参量变化对应的双峰特性曲线，确定敏感度最高的性能参数；

步骤5：重新实验获取敏感度最高的性能参数的参量，以该性能参数的参量为基准，取该参量的设定差值范围内的多个不同参量数值依次输入仿真模型，获得该性能参数的参量变化对应的双峰特性曲线，并替换上一次仿真获取的双峰特性曲线；

步骤6：对比各个性能参数的参量变化对应的双峰特性曲线，确定敏感度最高的性能参数；

若步骤6中确定的敏感度最高的性能参数与上一次确定的敏感度最高的性能参数不相同，则继续执行步骤5和6；

步骤7：将步骤6中确定得到的敏感度最高的性能参数代入步骤1的仿真模型中，形成闭环分析

其中，步骤2中，母材材料的参量包括力学熔点、比热容、热导率、线膨胀量、弹性模量、泊松比和屈服强度中的多项或者全部。

其中，所述双峰特性曲线包括X、Y、Z方向的焊接变形及纵向残余应力分布曲线。