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第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集
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SYSWELD在海洋工程钢结构焊接中应用
姜鹏，卫军，甄桂兴，陈欢，李长华
（海洋石油工程（青岛）有限公司，山东青岛266520）
摘要：本文利用数值模拟软件SYSWELD建立了海洋钢结构中常见的平板对接接头的有限元计算模型，模拟了多道焊的焊
接过程，通过对焊接残余应力和变形的预测分析，浅谈SYSWELD对海洋钢结构焊接应力变形控制的研究应用，最终达到
优化焊接工艺、节省实验经费、提高焊接速度和经济效益的目的。
关键词：SYSWELD；海洋结构；残余应力；变形；控制
海洋钢结构是一种大型、复杂、特殊的工程焊接结构，建造过程中，焊接贯穿在各个环节，焊接工作
量占有相当大的比例。施工不可避免的会产生应力变形，焊接残余应力和变形的存在，会对焊接结构的承
载能力和外形尺寸产生不同程度的影响；
焊接变形的形式有：纵向缩短和横向缩短变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形，焊接残余
应力和变形会严重影响制造过程本身和焊接结构的使用性能，因此，应采取各种有效的措施将焊接残余应
力和变形减至最小，或者焊后将它们消除。
1焊接模型的建立
结合海洋工程案例，选取常用海洋钢结构材料，来建立最常见的平板对接接头模型，对接接头的两块
板的长、宽、高都相同，尺寸为100mm×30mm×6mm。因厚度不超过6mm，故不开坡口，电弧按照一定
速度沿板中心从A端走到B端，如图1所示。
图1移动电弧焊接过程物理模型
选取多层焊，考虑到计算量的大小，焊接层选择三层，三道焊缝的开始点都是相同的，从A点到B
点。第一道焊缝的结束时间就是第二道焊缝的开始时间，第二道焊缝的结束时间也是第三到焊缝的开始时
间。相关焊接工艺参数见表1。
表1焊接计算参数
焊接电流/A电弧电压/v焊接速度/mm·s-1有效系数电弧的有效加热半径/mm
1671550.657
材料选用牌号为S355J2G3的优质钢板。其化学成分如表2。
表2S355J2G3的化学成分组成(w%)
CMnSiSP
0.201.600.550.0350.035
下图2就是创建好了的二维网格图形和三维实体网格。对焊接工件的约束条件如图3所示。
图2对接接头三维截面网格划分图3平板对接接头的约束条件
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第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集
研究表明：高斯热源模型用于薄板，与实验结果吻合较好，因此在试验中选取高斯函数分布的热源模
型[1]，如图4。之后按照输入参数对热源进行校核，焊接速度是5mm/s，工件的初始温度是20℃。定义熔
化区的温度是1505℃，热影响区的温度是850℃。图5就是校核好的移动热源在工件热源表面的温度场分
布曲线。最高温度是1666℃。最低温度是设置的初始温度20℃。
图4高斯分布的热流密度图5移动热源的温度场分布曲线
2软件模拟结果分析
2.1残余应力分析
在X、Y、Z方向上的残余应力分布云图如图6所示。
图6各个方向上的残余应力分布云图（A-X方向；B-Y方向；C-Z方向）
由X方向上的残余应力分布云图可知，其最大应力位于工件的两端和靠近中间的位置和位于工件的上
下两个表面。
由Y方向上的残余
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