大型结构件焊接模拟的关键技术（之一）

焊接是一个非常复杂的过程，其中包括电弧物理、传热、冶金和力学等，直接关系到工程质量是否达标、结构是否安全，尤其是对大型构件，焊接质量不仅会对经济效益产生影响，而且有时会关系到生命安全。利用数值模拟研究焊接应力及变形问题，就要考虑到焊接过程中产生的温度场和应力差场，可以掌握应力分布规律和焊接变形规律，从而合理的选择焊接工艺，更好的控制残余应力和变形，以提高生产效率和焊接构件的质量。

焊接模拟中存在的问题

虽然有限元分析在经过了多年的发展取得了很大的进步，但是实际焊接构件中，尤其是大型的焊接构件中仍然存在很多问题。

（1）计算量大

在焊接模拟的有限元分析中需要记录整个焊接过程及冷却过程中温度场和应力场的动态变化情况，求解的微分方程数量非常庞大，而且高度非线性。

（2）材料性能参数不足

有些材料性能参数如：传热系数、比热容、弹性模量、膨胀系数、泊松比和屈服强度等。在高温时的性能参数很难测定，有的就根本无法获得。

（3）热源分布参数的确定

不同类型的热源所对应的具体参数不是十分清楚，所以采用哪种类型的热源会对结果有很大影响。

在焊接模拟过程中，如下的问题需要高度重视。

（1）相变潜热的处理

焊接过程的相变问题可以分为两类，分别为固态相变和固-液-固相变。所谓的固态相变是金属材料组织的转变，而固-液-固相变则是固体材料遇高温后熔化，最后冷却凝固。在这个过程中会有相变潜热产生，而在进行温度场分析时，相变潜热也是一个重要的因素。

（2）单元生死技术的应用

焊接其实就是焊缝逐渐形成的过程，在此过程中需要向焊缝中添加某些材料，这样焊缝才能逐渐形成。要想把真实的焊接过程模拟出来就必须使用单元生死技术。所谓的单元“生”就是指在模型中加入材料，相应的单元就会“出生”。所谓的单元“死”就是指删除