CAE咨询 / Data Area

 1.   焊接分析在工程分析方面的应用

焊接是被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。促使原子和分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加压，或同时加热又加压。
焊接的分类：金属的焊接，按其工艺过程的特点分有熔焊,压焊和钎焊三大类。焊接在金属和非金属材料的连接中是最常用的工程方法。 

 2.有限元在线在焊接分析方面的解决方案

（1）结构件的熔焊焊接分析

在熔焊的过程中，如果大气与高温的熔池直接接触的话，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。

为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率；又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。

当前，较常见的电弧焊工艺是埋弧焊。埋弧焊（含埋弧堆焊及电渣堆焊等）是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。其固有的焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点，使其成为压力容器、管段制造、箱型梁柱等重要钢结构制作中的主要焊接方法。近年来，虽然先后出现了许多种高效、优质的新焊接方法，但埋弧焊的应用领域依然未受任何影响。从各种熔焊方法的熔敷金属重量所占份额的角度来看，埋弧焊约占10%左右，且多年来一直变化不大。

有限元在线结合金属结构件、石油管道等项目实现常见的熔焊焊接过程的有限元分析，并提出了全面地解决方案。

（2）电阻焊与摩擦焊等焊接分析

电阻焊（resistance welding）就是将工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。电阻焊利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊、对焊。在实际工程应用和生产中有着广泛的应用。

摩擦焊（frictionwelding）是在压力作用下，通过待焊界面的摩擦使界面及其附近温度升高，材料断面达到热塑性状态，伴随着材料产生塑性流变，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。摩擦焊通常由如下四个步骤构成：1、机械能转化为热能；2、材料塑性变形；3、热塑性下的锻压力；4、分子间扩散再结晶。摩擦焊相较传统熔焊最大的不同点在于整个焊接过程中，待焊金属获得能量升高达到的温度并没有达到其熔点，即金属是在热塑性状态下实现的类锻态固相连接。相对传统熔焊，摩擦焊具有焊接接头质量高——能达到焊缝强度与基体材料等强度，焊接效率高、质量稳定、一致性好，可实现异种材料焊接等。

Simulia在电阻焊和摩擦焊等焊接过程的模拟具有很好的解决方案，可以很好的实现上问题焊接过程的模拟。有限元在线通过长期与焊接厂家和焊接研究所、高校的合作，对上述的焊接过程数值模拟积累了大量工程经验。