ICS25.160.10CCSJ64WeldingprocesssimulationspecificationPart1:weldingsimulationoIT/CWAN0149—2025前言 22規(guī)范性引用文件 23術(shù)語和定義 24一般原則 25焊接工藝仿真流程 26前處理 27仿真運行分析 48后處理 49仿真報告 4附錄A（資料性）焊接工藝仿真總體流程 5附錄B（資料性）焊接工藝仿真分析報告封面模版 61T/CWAN0149—2025本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由中國焊接協(xié)會提出并歸口。本文件起草單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司、中國機械總院集團哈爾濱焊接研究所有限公司、包頭北方創(chuàng)業(yè)有限責任公司、哈爾濱工業(yè)大學（威海）、中國科學院金屬研究所、哈焊國創(chuàng)（青島）焊接工程創(chuàng)新中心有限公司、山東光之聚激光科技有限公司、廣東省鑫全利激光智能裝備有限公司、北部灣大學、南京埃斯頓電氣有限公司、廣西機電職業(yè)技術(shù)學院、佛山大學。本文件主要起草人：吳向陽、雷振、龐建新、方喜風、馬凱、楊海峰、檀財旺、姜建召、闞盈、杜廣、黃瑞生、田仁勇、武鵬博、李亞南、張良、鄒吉鵬、曹金山、張宇、韓偉、林森、曹浩、汪認、王璐、李海波、黎泉、何志軍、馮志強、閆德俊、吳妍。2T/CWAN0149—2025焊接工藝仿真規(guī)范第1部分：典型部件焊接仿真（MIG/MAG）本文件規(guī)定了MIG/MAG焊接工藝仿真的一般原則、焊接工藝仿真流程、前處理、仿真運行分析、后處理、仿真報告輸出等要求。本文件適用于金屬構(gòu)件的MIG/MAG焊接工藝仿真。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T3375焊接術(shù)語GB/T26099.1機械產(chǎn)品三維建模通用規(guī)則第1部分：通用要求GB/T39334.1機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真第1部分：通用要求GB/T39334.5機械產(chǎn)品制造過程數(shù)字化仿真第5部分：典型工藝仿真要求3術(shù)語和定義GB/T3375、GB/T26099.1及GB/T39334.1界定的術(shù)語和定義適用于本文件。4一般原則4.1有限元模型與零部件實物應保持1:1的比例關(guān)系，在保證計算精度的前提下，簡化三維數(shù)字模型。4.2若零部件實物滿足軸對稱和鏡像對稱等分布特點，根據(jù)實際情況對有限元模型進行簡化，不應存在畸形單元，避免尖銳的單元內(nèi)角、扭曲等現(xiàn)象。4.3熱源模型應根據(jù)不同的焊接方式采用“等效熱源法”建立。4.4焊縫及其周邊影響區(qū)域應利用細致的網(wǎng)格，劃分為體元素網(wǎng)格，離焊縫較遠的區(qū)域為殼單元網(wǎng)格。4.5材料屬性單位應與工藝模型中加載的材料屬性單位一致，輸入信息應準確完整。4.6計算校準應以統(tǒng)一的仿真規(guī)則為基礎(chǔ)，可綜合應用不同軟件相互校準計算結(jié)果。5焊接工藝仿真流程5.1焊接工藝仿真總體流程可包括前處理、仿真運行分析、后處理、報告輸出等環(huán)節(jié)（見附錄A）。5.2前處理環(huán)節(jié)應包括有限元模型構(gòu)建、網(wǎng)格劃分、材料屬性設(shè)置、熱源模型建立、邊界條件設(shè)置。5.3仿真運行分析應包括宏觀模擬、微觀及缺陷模擬。5.4后處理應包括仿真結(jié)果的核實、仿真結(jié)果可信度驗證。5.5報告輸出應包括結(jié)果分析。6前處理6.1有限元模型構(gòu)建6.1.1有限元模型的格式應能被所采用的仿真系統(tǒng)識別。6.1.2有限元模型建立應采用笛卡爾坐標系。6.1.3有限元模型應準確地表達機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計信息。3T/CWAN0149—20256.1.4有限元模型創(chuàng)建完成后，應進行模型檢查。6.2網(wǎng)格劃分6.2.1單元類型選擇6.2.1.1具有很大的剛度且不考慮其強度的結(jié)構(gòu)宜采用零維質(zhì)量單元。6.2.1.2構(gòu)件一個方向的尺寸遠大于其他兩個方向的尺寸時，宜采用一維單元；構(gòu)件兩個方向的尺寸遠大于另一個方向的尺寸時宜采用二維單元。6.2.1.3需考慮板厚度方向剪切變形時應采用厚殼單元，不考慮板厚度方向剪切變形時采用薄殼單元。6.2.1.4只考慮強度不考慮彎曲剛度時采用膜單元；僅承受拉壓力時采用桿單元，考慮彎曲變形時采用梁單元。6.2.1.5不適合采用零維、一維、二維單元的結(jié)構(gòu)采用三維實體單元。6.2.2單元階次選擇6.2.2.1結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則、變形和應力分布復雜時宜選用高階單元。6.2.2.2計算精度要求高的區(qū)域宜選用高階單元，精度要求低的可選用低階單元。6.2.2.3不同階次單元的連接位置應使用過渡單元或多點約束等。6.2.3單元尺寸選擇6.2.3.1計算精度要求低的區(qū)域宜采用較大的單元尺寸，計算區(qū)域具有非線性特征時宜采用較小的單元尺寸。6.2.3.2主要受力方向的單元尺寸小，垂直于該方向的單元尺寸在滿足單元質(zhì)量的情況逐漸放大。6.2.3.3應力集中區(qū)域或強度關(guān)心區(qū)域宜進行精細劃分，應力梯度較小的區(qū)域宜進行粗劃分。6.2.3.4應對結(jié)構(gòu)突變、曲面曲率變化大、載荷變化大或不同材料連接的部位進行細化。6.2.3.6精細劃分和粗劃分之間宜平滑過渡，避免相鄰單元的質(zhì)量和剛度相差太大。6.2.4單元布局選擇6.2.4.1具有軸對稱和鏡像對稱等特點的結(jié)構(gòu)，其有限元模型單元布局應對稱分布。6.2.4.2周期劃分的結(jié)構(gòu)，其有限元模型單元布局應周期排列。6.3材料屬性設(shè)置6.3.1材料屬性輸入信息應準確完整，能準確表達結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量和阻尼特性。6.3.2材料屬性應包含熱學性能和力學性能。6.3.3焊縫和母材材料屬性應分別設(shè)置。6.4熱源模型建立6.4.1為了在模擬中得到準確的應力場和溫度場，應針對不同的焊接方法建立合適的熱源模型。在進行焊接熱源模型建立過程中應考慮熱源加載形式、電弧有效半徑、焊接速度、對流系數(shù)等因素。6.4.2焊接熱輸入的加載可采用“等效熱源法”：首先計算熔池的形狀，然后根據(jù)熔池的形狀將實際供給的熱輸入導入到焊接結(jié)構(gòu)當中去，用來計算內(nèi)應力與變形，對移動熱源的計算也是如此。6.4.3采用不同的熱源模型來模擬不同的焊接方法,如雙橢球形熱源模型主要用來模擬MIG焊、MAG焊TIG焊等焊接方法，3D錐形高斯熱源模型主要用來模擬電子束焊、激光焊等能量密度較大的焊接方法，2D高斯熱源模型用來模擬火焰焊等熔深較淺的焊接方法等。6.5邊界條件設(shè)置模型邊界條件要求：a)應與實際生產(chǎn)工藝參數(shù)一致；b)應根據(jù)結(jié)構(gòu)裝配及運動約束關(guān)系，確定位移約束條件；c)應優(yōu)先在節(jié)點上施加位移約束；d)應避免結(jié)構(gòu)冗余約束或欠約束；e)集中載荷應根據(jù)實際作用點合理地施加在節(jié)點上；4T/CWAN0149—2025f)面載荷應根據(jù)實際作用面合理地施加在面上或轉(zhuǎn)化為分布力施加在節(jié)點上。7仿真運行分析7.1仿真分析內(nèi)容仿真分析內(nèi)容包括但不限于:a)焊件的變形模擬；b)焊接過程的應力模擬；c)焊接缺陷；d)焊縫組織；e)焊接溫度場模擬。7.2仿真結(jié)果核實進行的溫度場計算的網(wǎng)絡收斂性判定和模型靈敏性分析，具體要求如下：a)網(wǎng)格收斂證明：采用網(wǎng)格加密法，驗證網(wǎng)格收斂性。加密后網(wǎng)格數(shù)量密度為加密前的1.2倍，采用相同熱源模型在兩組網(wǎng)格內(nèi)分別計算，并隨機選取兩組網(wǎng)格內(nèi)5組對應點溫度進行比較。b)如果溫度誤差小于5%，則認為加密前網(wǎng)格是收斂的，否則對工件網(wǎng)格加密后重新劃分，并再次進行網(wǎng)格收斂性驗證。c)模型靈敏度分析：依次分別改變模型各參數(shù)值，改變幅度為10%，評價模型結(jié)果在該參數(shù)每次發(fā)生變化時的變化量，如果結(jié)果偏差超過5%，認為該參數(shù)對模型影響較大，否則忽略該參數(shù)變化對模型的影響。7.3仿真結(jié)果可信度驗證通過與實驗參考量的比較來進行模型的可信度驗證，記錄瞬態(tài)變形并進行殘余應力測量，參考量包括：a)必選項：熔合線比對、余高、盲孔法測殘余應力；b)可選項：焊接熱循環(huán)曲線、殘余變形檢測。8后處理8.1沿焊縫中心線或熱影響區(qū)提取溫度、應力、應變等參數(shù)。8.2分析關(guān)鍵位置（如焊縫起點、終點、熔合線）的數(shù)值變化。8.3統(tǒng)計最大溫度、最大應力、最大變形量及其位置，識別潛在危險區(qū)域（如應力集中區(qū)）。8.4數(shù)據(jù)動畫、云圖或曲線等形式給出。9仿真報告仿真結(jié)束應形成仿真報告，報告封面模板參見附錄B,完成仿真報告，仿真報告應包含以下信息：a)模擬對象；b)模擬目標；c)物理和數(shù)學模型；d)解決方法及應用軟件；e)結(jié)果總結(jié)。5T/CWAN0149—2025附錄A（資料性）焊接工藝仿真總體流程焊接工藝仿真總體流程如圖A.1所示。圖A.1焊接工藝仿真總體流程6T/CWAN0149—2025附錄B焊接工藝仿真分析報告封面模板焊接工藝仿真分析報告封面模板如表B.1所示表B.1焊接工藝仿真分析報告封面模板部門計算部門）版本：1.0日期：2020-01-01頁碼：1/1簡短說明模擬對象：包含要模擬的部件或整個結(jié)構(gòu)、使用的基本和附加材料、焊接工藝和參數(shù)、使用的焊接順序和夾緊條件等的確切描述?？蛇x添加照片或繪圖形式的補充圖示。Eg：在鎢陰極和冷卻銅陽極之間具有不同的保護氣體和電流強度的TIG電弧焊。模擬的目標：在此確定由真實任務產(chǎn)生的期望模擬結(jié)果。其中也可以定義多個結(jié)果為目標。其中一些可能的示例有評估熱影響區(qū)的性質(zhì)、計算焊接變形、計算焊接殘余應力或計算氣體擴散。此外，應補充說明更高級別的目標，預期的模擬結(jié)果可繼續(xù)使用于該目標，例如減少必要的矯直工作或優(yōu)化焊接參數(shù)。物理和數(shù)學模型：根據(jù)所需的模型復雜性，以下物理效應和影響變量可能相關(guān)，例如：通過熱傳導、對流和輻射的傳熱；通過擴散和對流進行的質(zhì)量傳導；材料變化如結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、沉淀、晶粒尺寸增長和硬度；彈性、塑性、蠕變、熱膨脹、轉(zhuǎn)化塑性、變態(tài)延伸、伸展速率等力學特性。為此，可以使用文字、圖形、表格或公式進行描述。對存在的實際邊界條件，特別是初始溫度、環(huán)境溫度、夾緊條件等，進行有效描述。描述在模擬目標設(shè)定過程中已經(jīng)變得必要的并且已經(jīng)在這里選擇的簡化和假設(shè)。解決方法和使用的軟件產(chǎn)品：有限體積法（FVM）/XXXXXX結(jié)果總結(jié)：借