陈志明++伍斯杰++郭雷

摘要：船体制造过程中焊接收缩量的获取多通过经验总结。本文利用ANSYS软件对开“Y”形坡口拼接的两块钢板进行模拟，通过移动高斯热源模型模拟手工电弧焊焊接过程中热量的输入、通过单元生死技术模拟焊接热源填充和输入过程，并输入材料焓值处理焊接过程的相变潜热，得到焊接过程中不同时刻的温度场。最后，采用间接法顺序耦合分析解决焊接过程中热-应力耦合问题，实现了对两块拼板焊接后收缩量的求解，获得两块矩形钢板焊接拼接总体最大收缩尺寸，结果表明模拟结果与实际基本相符。

关键词：有限元；手工电弧焊；高斯热源模型；单元生死技术；收缩量

中图分类号：U663.2 文献标志码：A

Welding Shrinkage Simulation of Jointed Plate with ANSYS

CHEN Zhiming1，WU Sijie2， GUO Lei3

（1.Guangdong Ocean University， Zhanjian 524088； 2. Sunbird Yacht Co.， Ltd.， Zhuhai 519055）

Abstract： In this paper， welding shrinkage of jointed plate with "Y" - shaped groove is analyzed with the software ANSYS. In the welding simulation， Gauss heat source model and Element birth and death technology is adopted to simulate process of manual arc welding， the enthalpy value of material is input to deal with the latent heat of phase change and to obtain the temperature fields of jointed plate at different times of welding process. At last， welding shrinkage is acquired after the temperature field is switched to the structure field.

Key words： Finite Element Method； Manual Arc Welding； Gauss heat source model； Element birth and death technology； Shrinkage

1 引言

焊接技术广泛应用于部件拼接、分段装配、分段总组、船台搭载等各个船舶建造过程。但焊接过程中，焊缝及附近区域在熔化和冷却过程中，焊缝及附近与周围区域受不均匀的温度影响，焊缝区呈现出残余应力，使焊接后的部件、分段等存在一定的焊接变形，造成分段需现场修整的情况时有发生。长期以来，在分段精度控制过程中对于焊接收缩值主要是通过经验总结获得。因此，从理论上实现焊接收缩量的预测，对于提前评估和控制船体变形、提高分段精度控制水平、实现无余量造船具有一定的现实意义。

2 焊接的有限元方法

焊接的有限元方法同其他热力学问题一样，从傅里叶定律和能量守恒定律出发，材料内部的任何微元体均需满足热扩散方程[1]：