边焊缝接头模拟及焊珠设计

一段管道系统包含几处焊接，在本例中将用来测试极端载荷，即在端面处作用5mm的垂直位移和1.5°的扭转位移，如图7-66所示。

采用有限元和边焊缝接头来模拟这个问题，同时还将设计边焊缝焊珠的大小。

本练习将应用以下技术：

● 边焊缝。

● 圆柱坐标系。

一段管道系统由厚度为5mm的AISI 1020钢板制作而成，并被固定在固体的实体钢壁上。管道的另一端为自由端，并在自由边线上作用了5mm的垂直位移和1.5°的扭转位移。这些载荷被认为是最极端的条件，即系统能够在此位置暴露于空气中。采用圆角和坡口的焊缝来连接各个零部件，如图7-66所示

在所有三个位置中，确定最优的焊珠尺寸。

图7-66 边焊缝接头

操作步骤

步骤1 打开装配体文件

打开文件夹“SolidWorks Simulation\Lesson07\Exercises\Edge Weld Connector”下的文件“Pipes”。

步骤2 设置SolidWorks Simulation选项

设置系统【单位】为【公制SI（MKS）】，【长度】单位为【毫米】，【应力】单位为N/m²。

步骤3 新建算例

创建一个名为“extreme loading”的算例。

步骤4 查看材料属性

确认材料AISI 1020钢已经由SolidWorks传送到SolidWorks Simulation的材料定义中。

步骤5 定义壳体

将管道和支撑片定义为【细】的壳体，指定【抽壳厚度】为5mm，如图7-67所示。

图7-67 定义壳体

步骤6 定义边焊缝

首先，需要定义第一段管道和实体零部件所代表的坚固钢壁之间的边焊缝焊珠。右键单击【连结】文件夹并选择【边焊缝】。在【焊接类型】下，选择【圆角，单边】。

在【面组1】中，选择终止零部件的表面，如图7-68所示。在【面组2】中，选择第二个零部件的面（本例中是指实体零部件的面）。在【交叉边线】中，在第一个终止零部件上选择焊珠位置。在【焊接方向】中指定焊接位于边侧1，这将在壳的顶面生成焊接。

提示

如果指定焊接位于边侧2，这将在壳的底面生成焊接。请记得查看网格，以确保顶面和底面定义正确。

在【焊缝大小】栏，选择【美国标准】。【电极】选择E60，【估计焊缝大小】中输入4mm。【安全系数】中输入1。根据所选的电极，【焊缝强度】的值将会自动计算出来，最后单击【确定】。

图7-68 定义边焊缝

提示

在自定义电极属性中，可以在【电极】下选择【自定义钢】或【自定义铝】。

步骤7 对余下两个边焊缝重复相同步骤

创建一个【圆角，双边】和一个【坡口，单边】边焊缝，如图7-69所示。使用和上一步中相同的属性。在边侧1处指定坡口焊缝。

图7-69 重复定义

步骤8 加载夹具

对坚固钢壁的四个面和支撑片的底部边线加载【固定几何体】的夹具，如图7-70所示。

步骤9 指定位移

定义一个【使用参考几何体】的夹具，并指定垂直于边线（距离为4mm），如图7-71所示。

(www.xing528.com)

图7-70 加载夹具

图7-71 指定位移

定义一个【使用参考几何体】的夹具，指定管道边线的圆周位移为1.5°（0.0175rad）。选择圆柱面为参考平面，并确保转动方向与图7-72所示一致。

步骤10 划分网格并运行

采用默认设置并以【高】品质单元划分网格。

步骤11 查看壳体方向

指定焊接位于边侧1（壳的顶部）。需要确保壳的对齐是正确的。如有必要，反转壳体并按照图7-73所示的结果进行对齐。

步骤12 运行算例

步骤13 最终位移

创建一个图解显示最终的位移，如图7-74所示。

图7-73 查看壳体方向

图7-72 定义参考几何体

图7-74 最终位移图解

提示

边焊缝后处理选项只存在于Simulation Professional中。

步骤14 后处理边焊缝

右键单击【结果】并选择【列举焊接结果】。在【选择】栏下，设定【单位】为SI，设定【类型】为【所有边线焊接】。

如图7-75所示显示了所有焊接力的结果，这些力沿所估计的最小焊缝作用在模型上。

图7-75 边焊缝结果

管道与支撑片之间的边焊缝显示为绿色，而其他两个显示为红色。这个结果表明在步骤6中估计的焊缝大小（4mm）满足中间焊缝的要求，而其他两个焊缝则需要引起关注。

步骤15 焊缝连接1

在【类型】中选择【Edge Weld Connector-1】。可以看到最大【焊缝大小】显示的数值约为9.78mm，这大大高于估计的焊缝大小（4mm），因此焊缝在图解上标记为红色。带有红色箭头的黄色小球指明了焊珠的起点和方向，如图7-76所示。

图7-76 焊缝连接1

单击【图解】按钮，可以得到所需的焊缝大小与沿焊缝距离放置之间的函数关系，如图7-77所示。单击【确定】以退出【边焊缝结果】对话框。

步骤16 定义焊接检查图解

右键单击【结果】并选择【定义焊接检查图解】，单击【确定】，如图7-78所示。

图7-77 定义焊接检查图解

图7-78 焊接检查图解

从对话框中可以很方便地查看焊缝的情况，透明的图解也明确显示了装配体中所有焊缝的位置。再次提醒：红色标记的焊缝需要引起更多关注，因为它们的估计大小并不达标。

技巧

用户还可以使用评估焊接的欧洲标准。推荐用户研究使用这个标准时得到的结果。

步骤17 保存并关闭文件