T/CWAN 0149-2025 焊接工艺仿真规范 第1部分：典型部件 焊接仿真（MIG MAG）

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​​一、标准概述​​

1. ​​适用范围​​
   规范适用于金属构件的MIG/MAG（熔化极惰性/活性气体保护焊）焊接工艺仿真，涵盖仿真流程、模型构建、结果验证及报告输出等全流程要求。

2. ​​引用标准​​
   引用GB/T 3375（焊接术语）、GB/T 26099.1（三维建模规则）、GB/T 39334.1/5（数字化仿真通用要求）等国家标准，确保与现有技术体系兼容。

​​二、核心原则​​

1. ​​模型简化与精度平衡​​

   • 有限元模型需与实物1:1比例，允许对称性简化（如轴对称/镜像对称），但需避免畸形单元或尖锐内角。
   • 焊缝区域需精细划分体单元网格，非关键区域可简化壳单元网格。

2. ​​热源模型选择​​

   • 采用“等效热源法”模拟实际熔池形状，针对不同焊接方法选择热源模型：
     • ​​双椭球形热源​​：MIG/MAG/TIG焊
     • ​​3D锥形高斯热源​​：电子束/激光焊
     • ​​2D高斯热源​​：火焰焊（浅熔深）。

​​三、仿真流程​​

1. ​​前处理​​

   • ​​模型构建​​：需符合笛卡尔坐标系，结构设计信息需完整，模型需通过检查。
   • ​​网格划分​​：
     • 单元类型选择（零维至三维单元）基于结构特征（如梁/壳/实体单元）。
     • 应力集中区需细化网格，过渡区域需平滑（相邻单元刚度差异≤5%）。
   • ​​材料属性​​：需区分焊缝与母材，包含热学（导热系数、比热容）和力学性能（弹性模量、泊松比）。
   • ​​边界条件​​：需与实际工艺一致，避免冗余约束，载荷施加需符合节点/面分布规则。

2. ​​仿真运行分析​​

   • ​​分析内容​​：变形、应力、缺陷（如气孔、裂纹）、组织演变、温度场等。
   • ​​结果验证​​：
     • ​​网格收敛性​​：加密网格后温度误差需<5%。
     • ​​灵敏度分析​​：参数变化10%导致结果偏差>5%时需重点校准。
   • ​​可信度验证​​：必选项包括熔合线比对、残余应力测量（盲孔法），可选项含热循环曲线、变形检测。

3. ​​后处理​​

   • 提取焊缝中心线/热影响区的温度、应力、应变数据，识别危险区域（如应力集中）。
   • 结果以云图、动画或曲线形式呈现，例如：
      

​​四、报告输出要求​​

1. ​​报告内容​​

   • ​​模拟对象​​：部件结构、材料、焊接参数及夹紧条件（可附图）。
   • ​​物理模型​​：需描述热传导、相变、塑性变形等效应及简化假设。
   • ​​结果总结​​：关键发现（如氦气对电弧压力的影响）、验证措施（校准/实验比对）。

2. ​​模板示例​​
   报告封面需包含版本、日期、责任签署（编制/审核/批准），详见附录B模板。

​​五、附录与补充​​

• ​​附录A​​：提供仿真流程图，明确前处理→分析→后处理的闭环流程。
• ​​附录B​​：标准化报告封面模板，含模拟目标、数学模型、软件工具（如有限体积法）等字段。

​​六、技术亮点​​

• ​​多软件协同校准​​：允许不同软件交叉验证结果，提升仿真可靠性。
• ​​缺陷预测​​：通过微观模拟提前识别焊接缺陷（如裂纹倾向）。
• ​​参数化优化​​：基于灵敏度分析调整关键参数（如热输入、焊接速度）。

此规范为MIG/MAG焊接仿真提供了系统化方法论，兼顾工程实用性与理论严谨性。

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