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基于simufact.welding的中厚板多层多道焊数值模拟分析
论文题目：基于simufact.welding的中厚板多层多道焊数值模拟分析
摘要：本文采用simufact.welding软件对中厚板多层多道焊进行了数值模拟分析，通过建立三维有限元模型模拟了不同焊接参数下的熔池形成、热影响区形态和残余应力分布等对焊接质量影响的变化规律。结果表明，在保证焊接强度和质量的前提下，采用适当的焊接参数可以降低残余应力，并且熔池形成和热影响区也会产生不同程度的变化。本文为中厚板多层多道焊的工程实践提供了可靠的参考。
关键词：simufact.welding；多层多道焊；数值模拟；残余应力；热影响区
一、引言
多层多道焊（multi-passwelding，MPW）是一种常见的焊接方法，在许多工程应用中得到广泛的应用。然而，MPW存在许多问题，如残余应力、熔池形成、熔合线空隙等，这些问题直接影响焊接质量和可靠性。因此，研究MPW焊接过程中的热力学机制和变形机制，以及焊接参数对焊缝质量的影响，对于提高焊接质量和可靠性具有重要意义。
数值模拟技术在焊接领域中得到广泛应用，它可以提供有关熔池形成、热影响区和残余应力分布等参数的信息，为焊接设计和焊接参数优化提供参考依据。在本研究中，我们使用simufact.welding软件对中厚板多层多道焊过程进行了数值模拟分析，探究不同焊接参数对焊缝质量影响的变化规律。
二、模型建立
本文采用的模型为三维有限元模型，其大小为150mm×150mm×20mm，焊缝采用在板厚方向进行相对运动的方法，模型分为两个部分，下面的板作为基板，上面的板为填充材料（如图1所示）。填充材料采用ER70S-6钢丝，直径为1.2mm。焊接参数如表1所示。
表1焊接参数
三、数值模拟结果及分析
本文采用simufact.welding软件对MPW焊接过程进行了数值模拟分析，主要研究熔池形成、热影响区形态以及残余应力分布等方面的影响因素，以及不同焊接参数对这些参数的影响。
3.1熔池形成
在焊接过程中，熔池的形成是决定焊接缺陷的主要因素之一。在MPW焊接中，每一道焊缝都会产生熔池，并且前一道焊缝的熔池会对后一道焊缝的填充材料产生影响。如图2所示，采用不同焊接参数的熔池形态存在差异，其中焊接速度对熔池形态的影响最大。焊接速度越低，熔池大小就越大，熔池形态越扁平。这是因为焊接速度越低，热输入就越高，使得填充材料熔化的程度越高。
3.2热影响区形态
热影响区（heataffectedzone，HAZ）是指焊接热输入所引起的材料结构变化区域，它对焊接缺陷的形成和机械性能有重要影响。在MPW焊接过程中，不同道次的热影响区相互影响，从而对焊缝质量和性能产生影响。如图3所示，采用不同焊接参数的热影响区形态存在差异，其中焊接速度对热影响区的影响也很明显。焊接速度越低，热输入就越高，从而使得热影响区大小和形态都会发生变化。
3.3残余应力分布
残余应力是指焊接后材料内部的应力状态，它是焊接质量和可靠性的重要指标之一。在MPW焊接过程中，每一道焊缝都会对材料产生应力，从而影响整体焊接质量。如图4所示，采用不同焊接参数的残余应力分布也存在明显差异，其中焊接速度对残余应力的影响最大。焊接速度越低，残余应力就越小，这是因为在焊接过程中，热输入越低，热输入对材料的热稳定性也就越好，从而减少了残余应力的产生。
四、结论
本文采用simufact.welding软件对中厚板多层多道焊进行了数值模拟分析，研究了不同焊接参数对熔池形态、热影响区形态和残余应力分布等焊接质量影响的变化规律。从数值模拟结果可以看出，在保证焊接强度和质量的前提下，适当的焊接参数可以降低残余应力，并且熔池形成和热影响区也会产生不同程度的变化。本研究结果为中厚板多层多道焊的工程实践提供了可靠的参考。