一种不等厚拼焊板材的拼焊方法及系统
阅读说明：本技术 一种不等厚拼焊板材的拼焊方法及系统 (Tailor-welding method and system for tailor-welded plates with different thicknesses ) 是由 徐岩 孟大伟 聂志华 景灵方 邸鹏 刘金鑫 汪以祥 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种不等厚拼焊板材的拼焊方法及系统。该发明包括：获取待拼焊且厚度差值大于等于3mm的不等厚拼焊板材中薄板板厚和厚板板厚；根据薄板板厚和厚板板厚确定薄板坡口面与厚板坡口面之间的坡口角度；根据所述坡口角度确定薄板的接头与厚板的接头；根据薄板板厚和厚板板厚确定厚板的过渡角度以及过渡角度的位置；根据过渡角度以及过渡角度的位置对厚板的接头进行二次优化；对经过一次优化后薄板的接头和二次优化后厚板的接头进行对接拼焊。本发明能够保证不等厚板材实现拼焊全熔透,提高拼焊板材综合力学性能和拼焊板的均匀塑性成形能力。(The invention relates to a tailor-welding method and a tailor-welding system for tailor-welded plates with different thicknesses. The invention comprises the following steps: obtaining the thickness of a thin plate and the thickness of a thick plate in a tailor-welded plate with different thickness and a thickness difference value of more than or equal to 3mm to be tailor-welded; determining a groove angle between the thin plate groove surface and the thick plate groove surface according to the thickness of the thin plate and the thickness of the thick plate; determining the joint of the thin plate and the joint of the thick plate according to the groove angle; determining a transition angle and a position of the transition angle of the thick plate according to the thickness of the thin plate and the thickness of the thick plate; performing secondary optimization on the joint of the thick plate according to the transition angle and the position of the transition angle; and carrying out butt-joint tailor-welding on the joint of the thin plate subjected to the primary optimization and the joint of the thick plate subjected to the secondary optimization. The invention can ensure that the tailor-welded full penetration of the different-thickness plates is realized, and the comprehensive mechanical property of the tailor-welded plates and the uniform plastic forming capability of the tailor-welded plates are improved.)
技术领域
本发明涉及不等厚拼焊板材领域，特别是涉及一种不等厚拼焊板材的拼焊方法及系统。
背景技术
拼焊成形方法是将两块或两块以上同材质或不同材质、等厚度或不等厚的板料金属采用焊接的方法连接成整体，经后续材料加工处理，得到应用制品的材料加工技术。不等厚板材拼焊技术的应用，可以在保证和提高结构件强度的同时实现结构整体轻量化目标。但是由于焊接是一个高热输入的过程，所以，若不对欲实现焊接的不等厚板材进行相关坡口结构参数设计，会因两板吸收的热量相当，导致薄板变形严重而厚板却仍未焊透情况的出现，这将严重影响拼焊板后期塑性成形质量一致性，最终影响结构件使用性能的稳定性。
因此，亟需一种针对不等厚拼焊板材的新型拼焊方法或系统，以保证不等厚板材实现拼焊全熔透，提高拼焊板材综合力学性能和拼焊板的均匀塑性成形能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种不等厚拼焊板材的拼焊方法及系统，能够保证不等厚板材实现拼焊全熔透，提高拼焊板材综合力学性能和拼焊板的均匀塑性成形能力。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种不等厚拼焊板材的拼焊方法，包括：
获取不等厚拼焊板材中的薄板板厚和厚板板厚；所述薄板板厚和厚板板厚的厚度差≥3mm；
根据薄板板厚和厚板板厚确定薄板与厚板之间的坡口角度；所述坡口角度为薄板的坡口面与厚板的坡口面之间的夹角；
根据所述坡口角度，确定薄板的接头结构与厚板的接头结构；
根据薄板板厚和厚板板厚确定厚板的过渡角度以及过渡角度的位置；过渡角起始点为薄板顶面延长线与厚板坡口面的交点；所述过渡角度为以过渡角起始点为顶点，厚板二次切割加工面与厚板坡口面之间的夹角；所述过渡角度的位置为过渡角的起始点；
根据过渡角度以及过渡角度的位置对厚板的接头结构进行二次优化；
对经过一次优化后薄板的接头和二次优化后厚板的接头进行对接拼焊。
可选地，所述根据薄板板厚和厚板板厚确定薄板与厚板之间的坡口角度，具体包括：
利用公式确定坡口角度；
其中，t1为薄板板厚，t2为厚板板厚，θ1为坡口角度。
可选地，所述根据薄板板厚和厚板板厚确定厚板的过渡角度以及过渡角度的位置，具体包括：
利用公式确定过渡角度；
其中，θ2为过渡角度。
一种不等厚拼焊板材的拼焊系统，包括：
参数获取模块，用于获取不等厚拼焊板材中的薄板板厚和厚板板厚；所述薄板板厚和厚板板厚的厚度差≥3mm；
坡口角度确定模块，用于根据薄板板厚和厚板板厚确定薄板与厚板之间的坡口角度；所述坡口角度为薄板的坡口面与厚板的坡口面之间的夹角；
接头结构模块，用于根据所述坡口角度确定薄板的接头结构与厚板的接头结构；
过渡角度确定模块，用于根据薄板板厚和厚板板厚确定厚板的过渡角度以及过渡角度的位置；过渡角起始点为薄板顶面延长线与厚板坡口面的交点；所述过渡角度为以过渡角起始点为顶点，厚板二次切割加工面与厚板坡口面之间的夹角；所述过渡角度的位置为过渡角的起始点；
厚板二次优化加工模块，用于根据过渡角度以及过渡角度的位置对厚板的接头结构进行二次优化；
拼焊模块，用于对经过一次优化后薄板的接头和二次优化后厚板的接头进行对接拼焊。
可选地，所述坡口角度确定模块具体包括：
坡口角度确定单元，用于利用公式确定坡口角度；
其中，t1为薄板板厚，t2为厚板板厚，θ1为坡口角度。
可选地，所述过渡角度确定模块具体包括：
过渡角度确定单元，用于利用公式确定过渡角度；
其中，θ2为过渡角度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明所提供的一种不等厚拼焊板材的拼焊方法及系统，在拼焊前，首先根据板厚确定薄板与厚板之间的坡口角度，并完成薄板与厚板接头结构的一次优化设计与开坡口处理，其次根据所述厚板过渡角度设计加工方法，完成厚板接头结构的二次设计优化与开坡口处理。其次对完成接头结构参数优化的薄板和厚板进行拼焊，完成拼焊后的板材，在后期塑性成形加工过程中焊接接头及近接头区域材料能实现均匀塑性变形，出现拼焊板薄板侧局部减薄甚至破坏的概率也大大降低，对不等厚拼焊板材采用本发明所提出的相关接头结构参数设计方法，能在保证拼焊构件强度的同时，尽可能的提高效率，降低生产成本。实现焊接接头及近接头区域材料的均匀塑性变形，显著降低拼焊板薄板接头侧破坏的概率。能够保证不等厚板材实现拼焊全熔透，提高拼焊板材综合力学性能和拼焊板的均匀塑性成形能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种不等厚拼焊板材的拼焊方法流程示意图；
图2为传统不等厚拼焊板焊前结构示意图；
图3为本发明所提供的一种不等厚拼焊板材的拼焊方法中不等厚拼焊板材设计结构示意图；
图4为本发明所提供的一种不等厚拼焊板材的拼焊方法中不等厚拼焊板材局部设计示意图；
图5为应用本发明完成拼焊的板材示意图；
图6为本发明所提供的一种不等厚拼焊板材的拼焊系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种不等厚拼焊板材的拼焊方法及系统，能够保证不等厚板材实现拼焊全熔透，提高拼焊板材综合力学性能和拼焊板的均匀塑性成形能力。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种不等厚拼焊板材的拼焊方法流程示意图，如图1所示，本发明所提供的一种不等厚拼焊板材的拼焊方法，包括：
S101，获取薄板板厚和厚板板厚的厚度差≥3mm的不等厚拼焊板材中的薄板板厚和厚板板厚；
S102，根据薄板板厚和厚板板厚确定薄板与厚板之间的坡口角度；所述坡口角度为薄板的坡口面与厚板的坡口面之间的夹角；
S102具体包括：
利用公式确定坡口角度；
其中，t1为薄板板厚，t2为厚板板厚，θ1为坡口角度。
S103，根据所述坡口角度确定薄板的接头结构与厚板的接头结构，进行薄板的接头处理与厚板的接头处理，完成薄板和厚板的接头结构设计、优化和加工；
S104，根据薄板板厚和厚板板厚确定厚板的过渡角度以及过渡角度的位置，所述过渡角度为过渡角的大小；所述过渡角度的位置为过渡角的起始点(O点)；过渡角起始点为薄板顶面延长线与厚板坡口面的交点；所述过渡角度为以过渡角起始点为顶点，厚板二次切割加工面与厚板坡口面之间的夹角；
S104具体包括：
利用公式确定过渡角度；
其中，θ2为过渡角度，且该公式适用于厚板与薄板板厚差值大于等于3mm的不等厚拼焊板的结构参数优化；
S105，根据过渡角度以及过渡角度的位置对厚板的接头结构进行二次优化；即保证不等厚板材在拼焊过程中分别获得最佳比例的热输入，在维持或提高焊接接头强度的同时，保证焊缝两侧全熔透，实现不等厚拼焊板材焊接接头及近接头区域材料的均匀塑性变形，提高拼焊板材的综合力学性能；
S106，对经过一次优化后薄板的接头和二次优化后厚板的接头进行对接拼焊；
不等厚板传统方法的拼焊，如图2中所示，是将传统薄板1和传统厚板2进行拼焊，而坡口角度为θ，传统方法会导致两板吸收大致相同的热量，致使薄板变形严重而厚板却仍未焊透情况的出现，造成影响拼焊板焊接接头及近接头区域材料的塑性变形不均匀，最终影响结构件使用性能的稳定性。
如图3和图4所示，本发明中的薄板5(图4中的5)和厚板6(图4中的6)经过坡口角度θ1、过渡角度θ2以及过渡角度的位置的确定之后，进行拼焊，得到如图5所示的成品8和完成拼焊后的焊缝7。
利用激光焊、气体保护焊或埋弧焊等焊接方法将两块不等厚板进行拼焊，制成试验拼焊板。
以下通过多个实施例进行说明：
实施例1
采用气体保护焊焊接方法，对不同厚度的拼焊板A、拼焊板B进行拼焊。首先根据板厚t1、t2，利用坡口结构参数设计方法，对坡口进行设计，确定坡口角度θ1、过渡角度θ2的数值以及过渡角位置，并进行开坡口处理。对板厚分别为t1＝6mm和t2＝12mm的两块板材进行拼焊，首先根据板材厚度，依据结构参数设计方法对坡口进行设计，经过计算θ1＝38.769°≈39°、θ2＝9°，利用计算角度，对两板分别进行坡口改造，坡口制备好之后，进行两板拼焊，拼焊完成后整体成形美观，薄板变形较小。对焊后的板材进行相关试验检测，结果合格。利用有限元仿真方法，对模型焊接过程和后期变形过程进行仿真，成形效果较好。经过仿真和试验的双重对比，验证了该设计方法的可靠性。
实施例2
采用等离子弧焊方法，对不同厚度的拼焊板A、拼焊板B进行拼焊。首先根据板厚t1、t2，利用坡口结构参数设计方法，对坡口进行设计，确定坡口角度θ1、过渡角度θ2的数值以及过渡角位置，并进行开坡口处理。对板厚分别为t1＝8mm和t2＝20mm的两块板材进行拼焊，首先根据板材厚度，依据结构参数设计方法对坡口进行设计，经过计算θ1＝68.218°≈68°、θ2＝42°，利用计算角度，对两板分别进行坡口改造，坡口制备好之后，进行两板拼焊，拼焊完成后整体成形美观，薄板变形较小。对焊后的板材进行相关试验检测，结果合格。利用有限元仿真方法，对模型焊接过程和后期变形过程进行仿真，成形效果较好。经过仿真和试验的双重对比，验证了该设计方法的可靠性。
实施例3
采用TIG焊，对不同厚度的拼焊板A、拼焊板B进行拼焊。首先根据板厚t1、t2，利用坡口结构参数设计方法，对坡口进行设计，确定坡口角度θ1、过渡角度θ2的数值以及过渡角位置，并进行开坡口处理。对板厚分别为t1＝4mm和t2＝10mm的两块板材进行拼焊，首先根据板材厚度，依据结构参数设计方法对坡口进行设计，经过计算θ1＝26.702°≈27°、θ2＝7°，利用计算角度，对两板分别进行坡口改造，坡口制备好之后，进行两板拼焊，拼焊完成后整体成形美观，薄板变形较小。对焊后的板材进行相关试验检测，结果合格。利用有限元仿真方法，对模型焊接过程和后期变形过程进行仿真，成形效果较好。经过仿真和试验的双重对比，验证了该设计方法的可靠性。
实施例4
采用激光焊焊接方法，对不同厚度的拼焊板A、拼焊板B进行拼焊。首先根据板厚t1、t2，利用坡口结构参数设计方法，对坡口进行设计，确定坡口角度θ1、过渡角度θ2的数值以及过渡角位置，并进行开坡口处理。对板厚分别为t1＝10mm和t2＝20mm的两块板材进行拼焊，首先根据板材厚度，依据结构参数设计方法对坡口进行设计，经过计算θ1＝78.339°≈78°、θ2＝34.995°≈35°，利用计算角度，对两板分别进行坡口改造，坡口制备好之后，进行两板拼焊，拼焊完成后整体成形美观，薄板变形较小。对焊后的板材进行相关试验检测，结果合格。利用有限元仿真方法，对模型焊接过程和后期变形过程进行仿真，成形效果较好。经过仿真和试验的双重对比，验证了该设计方法的可靠性。
图6为本发明所提供的一种不等厚拼焊板材的拼焊系统结构示意图，如图6所示，本发明所提供的一种不等厚拼焊板材的拼焊系统，包括：
参数获取模块601，用于获取待拼焊且厚度差值大于等于3mm的不等厚拼焊板材中的薄板板厚和厚板板厚；
坡口角度确定模块602，用于根据薄板板厚和厚板板厚确定薄板与厚板之间的坡口角度；所述坡口角度为薄板的坡口面与厚板的坡口面之间的夹角；
接头结构确定模块603，用于根据所述坡口角度确定薄板的接头与厚板的接头；
过渡角度确定模块604，用于根据薄板板厚和厚板板厚确定厚板的过渡角度以及过渡角度的位置；所述过渡角度为过渡角的大小；所述过渡角度的位置为过渡角的起始点(O点)；过渡角起始点为薄板顶面延长线与厚板坡口面的交点；所述过渡角度为以过渡角起始点为顶点，厚板二次切割加工面与厚板坡口面之间的夹角；
二次优化模块605，用于根据过渡角度以及过渡角度的位置对厚板的接头结构进行二次优化；
拼焊模块606，用于对经过一次优化后薄板的接头和二次优化后厚板的接头进行对接拼焊。
所述坡口角度确定模块602具体包括：
坡口角度确定单元，用于利用公式确定坡口角度；
其中，t1为薄板板厚，t2为厚板板厚，θ1为坡口角度。
所述过渡角度确定模块604具体包括：
过渡角度确定单元，用于利用公式确定过渡角度；
其中，θ2为过渡角度，且该公式适用于厚板板厚与薄板板厚差值大于等于3mm的不等厚板拼焊的结构参数优化。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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