基于固有應變法的激光復合焊車體側墻焊接變形數值模擬*

宋坤林， 展旭和， 徐良， 楊海鋒， 崔輝

(1.國家高速列車青島技術創新中心，山東 青島 266109；2.哈焊國創(青島)焊接工程創新中心有限公司，山東 青島 266109)

0 前言

激光復合焊技術是目前最受關注的焊接技術之一，國內外的研究已經證實，激光復合焊接技術可實現鋁合金高速、優質焊接，其較小的熱輸入使得焊接變形可得到有效控制，配合合適的約束條件及焊接順序，可以達到焊后免調修的效果[2-5]。

高速列車側墻屬于長大部件，試驗方法研究焊接變形規律不僅費時費力，并且成本昂貴。數值模擬方法成本低，可在短時間內預測出焊接變形趨勢，關于數值模擬方法，Ueda等人[6]提出的固有應變法認為固有應變是焊后變形的本征屬性，不用考慮焊接熱源的加熱過程，忽略了焊接過程中繁復的瞬態變化。因此借助固有應變理論來計算長大部件的變形可以使計算量大大縮小[7-10]。

文中基于有限元軟件SYSWELD，采用3D高斯+雙橢球熱源模型對某高速列車側墻部件在不同約束條件及不同焊接順序下的焊接變形進行了計算，并以模擬仿真的方式分析了現有高速列車鋁合金車體部件激光-MIG電弧復合焊的裝夾方式和焊接順序對焊接變形的影響，為車體部件焊接變形控制提供試驗依據。

1 熱源模型校核

側墻材料為6N01鋁合金型材，模擬焊接變形計算前，需根據側墻部件焊接接頭對所采用的熱源模型進行校核，使得模擬結果更加準確。

熱源模型采用3D高斯+雙橢球熱源模型，為提高熱源校核的效率，在熱源校核時使用的側墻網格模型的長度為500 mm，不考慮熔池的流動，得到的模擬結果與實際焊縫截面對比如圖1所示，可以看出校核所得熱源模型模擬焊接熔池與實際焊縫截面吻合較好。……