焊接是一种历史悠久的制作工 艺，一起也是使用最广泛的资料衔接 方法之一。我国是钢铁产销大国，同 样也是焊接使用大国。当时的焊接 使用中还存在许多落后的工艺方法， 将现代焊接数值仿真技能使用于传 统的焊接工艺，使用先进的计算机数 值模仿技能改造传统的焊接工艺，对 加快我国焊接信息化与工业化的进 程有着非常重要的含义。

焊接模仿技能现状

焊接数值模仿技能的开展是跟着焊接实践经历的堆集，有限元数值 模仿技能、核算机技能等的开展而逐 步开端的。焊接工艺的仿真，首要是 针对焊接温度场、剩余应力、变形等 几个方面，旨在改进焊接部件的制作 质量，进步产品执役功用，优化焊接 次序等工艺进程。传统焊接质量的 好坏十分依赖于焊接工人的经历，而 焊接数值模仿技能就是利用数值模 拟办法找到优化的焊接工艺参数，例 如焊接资料、温控条件、夹具条件、焊 接次序等。 
现在，焊接范畴数值模仿的目标 大致有以下几个方面：
1） 焊接温度场的数值模仿。其 中包含焊接传热进程、熔池 构成和演化、电弧物理现象 等。 
2） 焊接金属学和物理 进程的模仿。包含熔化、凝 固、安排改变、成分改变、晶 粒的长大、氢分散等。
3） 焊接应力与变形的 数值模仿。包含焊接进程中应力、应变的改变和剩余应力、剩余 应变等。 
4） 焊接接头的力学行为和性 能的数值模仿。包含开裂、疲惫、力 学不均匀性、几许不均匀性及安排、 结构、力学功用等。 
5） 焊缝质量评价的数值模仿。 包含裂缝、气孔等各种缺点的评价及 猜测。 
6） 详细焊接工艺的数值模仿。 例如电子束焊接、激光焊接、离子弧 焊接、电阻焊等。 
常用的焊接数值模仿办法有： 差分法、有限元法和蒙特卡洛法。经 过多年的开展，有限元数值模仿技能已经成为焊接数值仿真的干流办法， 由于焊接最为关怀的是变形和剩余 应力的操控，而有限元办法在这方面 有着显着的优势。 

现在焊接仿真软件有两类。一 类是通用结构有限元软件，例如 MARC, ABAQUS, ANSYS 等， 首要是考虑焊接的热物理进程，进行 热－结构耦合剖析，得到变形和剩余 应力成果。关于焊接研究者来说，需 要操控和界说的内容许多，因而需对 通用软件有很深的运用功底和较强 的专业知识才能更好地掌握成果的 精度和含义；另一类就是焊接专用 有限元软件，例如 SYSWELD。专业 焊接软件的特点是针对性更强，专门 设有针对焊接工艺的界面和模型，比 较便利界说焊接途径和热源模型，并 且成果精度会更高一些，关于焊接研 究者来说，比较简单学习和运用。 

总之，这些软件大都可以进行二 维和三维的电、磁、热、力等各方面线 性和非线性的有限元剖析，有较强的 模型处理和网格区分才能，而且具有 比较直观而强壮的后处理功用。因而，焊接作业者可以充分利用上述软 件而无需自己从头编制模仿软件，必 要时加上二次开发，即可得到需求的 成果，这就显着地加快了焊接模仿技 术开展的进程。

焊接工艺数值仿真触及的学科 

对工业部门来说，焊接工程可以 分为 4 个首要的运用学科：变形工程、焊接质量工程、应力工程 和温度操控工程。
1）变形工程。 
首要是操控并使变形最 小。经过优化安装工艺，降 低制作成本，降低缝隙闭合 力，减小夹具力的偏差。 
2）焊接质量工程。
首要是进步焊接质量， 优化执役特性。首要经过下 面两个方面来进行操控： 
操控冷却速率、微观安排和硬 度对全体资料和结构特性的影响； 
操控氢的分散。 例如，对再结晶钢，需求操控最 大和最小冷却速率。过高的冷却速 率会导致过多的马氏体，过低的冷却 速率又将导致晶粒粗糙，过高的硬度 可能导致裂纹和执役失效。
3）应力工程。 
首要是两个方面的作业： 
操控围绕连接处部分的剩余应 力； 
操控所规划的焊接结构全体应 力。
进行应力操控可以完成以下功 能：减重；增强焊接结构疲惫功用； 改进焊接质量；削减贵重的效劳问 题。例如，为了避免裂纹和失效，能 源和核工业中须操控多道焊接的残 余应力。 
4）温度操控工程。 
操控易损灵敏设备的温度场，避 免由于焊接热效应而导致设备的失 效。

焊接工艺数值仿真的典型运用 

焊接进程数值模仿中，热源拟 合、温度场的模仿是最基本的作业， 然后就是应力和变形的模仿。温度 场的模仿起步较早，也堆集了比较丰 富的经历，在实践生产中得到了必定 的运用。 
1 、焊接温度场的模仿 
温度场的模仿是对焊接应力、应 变场及焊接进程其他现象进行模仿 的基础，经过温度场的模仿我们可以 判别固相和液相的分界，可以得出焊 接熔池形状。焊接温度场准 确模仿的关键在于供给精确 的资料特点，热源模型与实践 热源的拟合程度，热源移动路 径的精确界说，边界条件是否 设置恰当等。与通用软件相 比，专业焊接软件运用起来更 加便利，削减了通用软件许多 操作时刻。例如 SYSWELD 中设有多种焊接热源模型可 供运用者挑选：双椭球（Goldak）热 源模型适于 TIG，MIG 焊接，圆锥 （Conical）热源模型适于激光、电子 束等焊接；而且具有热源校准功用， 使热源的拟合尽可能与实践情况相 符合。 
2 、焊接应力与变形的仿真
焊接应力与变形问题可以分为 两类：一是焊接进程中的瞬态应力 应变剖析；二是焊接后的剩余应力与应变核算。对后者进行剖析核算 的较多，首要是为了削减剩余应力， 操控变形，避免缺点的产生。经过几 十年的开展，应力与变形的核算日益 老练，成果的精度也在不断进步。
1）改进了核算办法的功率和 稳定性，核算速度更快，收敛性更好。 有许多程序运用了并行核算功用，进 一步提升了核算速度，模型也考虑得 愈加精细。 
2）深入研究了焊接应力与变 形的影响要素。例如资料特点随温 度改变，焊接接头几许形状，焊缝道 数，不同的焊接办法等。
关于焊接部分模型，存在十分强 烈的非线性特征，资料经过高温、相 变、冷却后会有剩余应力，因而需求 对部分进行详细模仿。而关于全体 结构而言，可能又体现为弹性变形， 所以线弹性剖析就够了。关于多道 焊接问题，选用先部分，再全体，将局 部模型的内力映射到全体模型上的 办法具有很大优势，可以快速得到整 体模型的应力和变构成果。如果对 应全体模型完全依照部分模型的细 节进行仿真，可能核算量会大得无法 接受，事实上也没有必要。 
3、 焊接工艺的优化
适宜的焊接工艺十分有助于减 少焊接结构的变形和剩余应力，因而 挑选适宜的焊接资料、夹具条件、焊 接次序、冷却速率操控等，就可以优 化焊接结构，进步焊接质量，延长结 构执役寿数，降低成本。因而根据焊 接数值仿真的焊接结构规划将发挥重要的效果。

焊接数值模仿技能的未来开展趋势

焊接数值模仿软件朝着集成化、 专业化、工程化等方向开展。
所谓集成化，是指焊接数值模仿 将结合焊接工艺库、专家经历与知识 库、资料数据库，功用变得越来越丰 富和强壮，仿真才能更强，运用也更 加便利。 

所谓专业化，是指焊接模仿软件 不断细化，将各种类型的焊接仿真技 术模块化，构成适于各种类型焊接工 艺的模板库。例如点焊东西、激光焊东西、电子束焊接东西、钎焊东西、搅 拌摩擦焊东西等。

所谓工程化，是指仿真的成果更 便利为工程实践所运用。经过焊接 仿真，找到优化的焊接工艺参数和焊 接次序，挑选适宜的焊接资料，融入 更多焊接实践工程经历，包含堆集的 资料数据库等。 

焊接是一门传统的制作工艺，但 是详细的焊接办法却仍然在不断发 展更新，相应地，焊接数值模仿办法 也会随之不断开展完善。信任根据 焊接数值仿真的焊接结构规划在国 内将会有越来越多的运用。