[发明专利]一种在低温环境下的钢结构焊接过程中的应力温度场计算方法

摘要

本发明公开了一种在低温环境下的钢结构焊接方法，属于钢结构加工技术领域。该焊接方法包括以下步骤：首先，选取低氢型焊条作为焊接材料，并将低氢型焊条进行烘干，烘干后，再将低氢型焊条进行保温，备用；接着，对母材进行预热处理；然后，采用CO₂气体保护焊焊接工艺对预热处理后的母材依次进行打底层焊接、填充层焊接和面层焊接；再接着，对焊接好的母材进行热处理后，再在焊缝区外部盖上一层保温材料，使焊缝区缓慢冷却至常温。本发明通过选用屈服强度较低、冲击韧性较好的低氢型焊条作为焊接材料，可以防止在低温环境下进行焊接出现冷脆现象。另外，本发明通过上述焊接步骤可以大大提高钢结构在低温环境下的焊接质量。

主权项

1.一种在低温环境下的钢结构焊接过程中的应力温度场计算方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选取低氢型焊条作为焊接材料，并将低氢型焊条进行烘干，烘干后，再将低氢型焊条置于不低于120℃的保温箱中进行保温，备用；(2)对母材进行预热处理，使焊缝区两侧局部范围内的母材温度达到30‑50℃；(3)采用CO₂气体保护焊焊接工艺对预热处理后的母材依次进行打底层焊接、填充层焊接和面层焊接，并将焊缝层间温度控制在100‑150℃；(4)对焊接好的母材进行热处理，使焊缝区的温度控制在220‑280℃，并持续1.5‑2.5h后，再在焊缝区外部盖上一层保温材料，使焊缝区缓慢冷却至常温；在上述焊接过程中，焊接温度场及应力应变分析包括如下具体步骤：1、首先建立几何尺寸模型，定义单元类型、材料属性并划分网格、施加边界条件、确定载荷步，其中首先确定自由度是否相容，根据自由度的不同可选择单元有线、三维实体的单元种类，其次是决定采用线形或P单元，匝外给你个划分时采用ANSYSTEM有限元网格数值模拟分析；2、然后进行焊接温度场计算，在温度场计算数值准确时执行下一步，否则执行修改载荷步、细化网格操作；3、转换热单元为结构单元；4、给定参考温度及施加约束条件，读入温度场计算结果；5、读入温度场计算结果后，判断焊接应力应变结果是否正确，如果准确则输出应力应变结果，否则返回执行步骤4；上述热分析过程中，选用热单元A,采用自由网格划分建立比较规则的网格，在焊缝处进行网格加密以热流率的形施加载荷，考虑了焊件与环境的对流，整个加热和冷却阶段的时间一共是40min，每条焊缝根据焊接层数的不同加热时间也不一样，根据温度变化的快慢分别设置时间步长，焊接残余应力应变场模拟时，采用温度场计算时建立的网格模型，将热单元转化为相应的结构单元A，定义随温度变化的材料力学属性，为模拟梁焊接在板平行焊缝两侧施加刚性约束，加载时直接读入温度场的计算结果，时间步长的设置与温度场计算时一样。