钻井振动筛是处理钻井液的第一级固控设备,在筛除钻井液中的大颗粒固相过程中起着其他固控设备无法取代的作用。振动筛的振动工作部件是筛箱,筛箱的主要制造工艺是焊接。筛箱焊接后会产生变形,导致筛箱外形尺寸和安装尺寸发生变化,使振动筛装配困难,同时还会导致筛箱的质心位置发生变化,影响预设的振动效果。此外,振动筛筛箱焊接后的残余应力会影响筛箱结构强度,缩短振动筛的使用寿命。因此,对筛箱焊接的数值模拟及试验进行研究尤为重要。首先,本文利用大型非线性有限元软件Marc2010对筛箱焊接模型进行了简化,并应用网格重新划分技术、生死单元及焊缝填充技术,确定了单元类型、材料特性参数、双椭球热源模型及参数,定义了焊接温度场边界条件和力学边界条件。建立了筛箱焊接有限元模型并对其进行了计算。焊接熔池区的最高温度为1500℃,达到Q235钢的熔点并形成了明显的焊接熔池区、热影响区、远离焊缝区、焊接母材区的温度梯度分布。筛箱的纵向残余应力最大值238MPa,达到了材料的屈服极限。最大横向残余应力约为170MPa,最大等效残余应力197MPa。焊接主要变形量发生在筛箱宽度方向,最大值约为1.58mm,筛箱整体变形的最大值约为1.59mm。然后,根据数值模拟计算得到的变形量及残余应力分布对筛箱焊接提出了变形控制方案,并进行了焊接试验。对筛箱变形量进行了测量,采用钻孔法并利用高速静态应变仪等设备对残余应力进行了测试计算。测量所得的宽度方向的变形为主要变形,平均约为2mm,满足筛箱的装配需求及工作要求。在沿着焊缝方向的纵向残余应力为拉应力,且有稳定分布区域,最大值221MPa。在焊缝垂直方向,离焊缝越远纵向残余拉应力越小,并逐步过渡为压应力,压应力最大值119MPa,横向残余应力离焊缝越远拉应力越小,直至为0。最后,将Marc数值模拟得到的预测值和焊接试验得到的实测值的变形量及残余应力进行了对比,得知两者的大小、分布趋势基本一致。对振动筛进行装配试验,结果符合设计要求。证明了数值模拟是预测振动筛筛箱焊接变形及焊接残余应力的有效方法；说明了该套焊接工艺及方案对本文中的振动筛筛箱焊接是可行的,同时也验证了筛箱变形控制方案是合理的。因此,本文对控制振动筛筛箱焊接变形及提高振动筛焊接强度具有重要的意义。