硬质合金钎焊的数值模拟及其发展
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展，焊接作为一种重要的连接工艺，在航空、汽车、船舶、石油化工等领域的应用日益广泛。
然而，焊接过程中产生的温度场和应力场对焊接结构的性能有着至关重要的影响。
为了深入理解焊接过程中的热-力行为，预测焊接结构的变形和残余应力，进而优化焊接工艺参数和提高产品质量，本文旨在利用ANSYS有限元分析软件，对焊接过程中的温度场和应力场进行数值模拟研究。
本文首先简要介绍了焊接数值模拟的意义和现状，包括焊接数值模拟的重要性、国内外研究现状和存在的问题等。
随后，详细阐述了ANSYS 软件在焊接数值模拟中的应用，包括其基本原理、分析流程、模型建立、参数设置等方面。
在此基础上，本文以某典型焊接结构为例，详细阐述了焊接温度场和应力场的数值模拟过程，包括模型的建立、边界条件的设定、求解参数的选择、结果的后处理等。
对模拟结果进行了详细的分析和讨论，验证了数值模拟方法的准确性和可靠性，为实际工程应用提供了有益的参考。
本文的研究不仅有助于深入理解焊接过程中的热-力行为，为优化焊接工艺参数和提高产品质量提供理论支持，同时也为ANSYS软件在焊接数值模拟领域的应用推广和进一步发展奠定了基础。
二、焊接理论基础焊接是一种通过加热、加压或两者并用，使两块或多块金属在原子层面结合形成永久性连接的工艺过程。
焊接过程涉及复杂的物理和化学变化，包括金属的熔化、凝固、相变以及应力和变形的产生等。
因此，深入了解焊接过程的理论基础对于准确模拟焊接过程中的温度场和应力分布至关重要。
焊接过程中，热源将能量传递给工件，导致工件局部快速升温并熔化。
熔池形成后，随着热源的移动，熔池中的液态金属逐渐凝固形成焊缝。
焊接热源的类型和移动速度、工件的材质和厚度等因素都会影响焊接过程的温度场分布。
为了准确模拟这一过程，需要了解各种热源模型（如移动热源模型、体积热源模型等）及其适用范围，并选择合适的模型进行数值模拟。
硬质合金刀具钎焊工艺的改进
造 及 特 殊 功 能 涂 层 制 备 及 装 饰 等领 域 。
等 的 腐 蚀 防护 。
在机 械 零 部 件 的某 些 部 位 ， 采 用 热 喷 涂 方 法 ， 制 备 耐 磨或 耐 磨 耐 蚀 的 涂 层 ，对 零 部 件 进 行 修 复 或 强 化 ，是热 喷 涂 技 术 应 用 的 一 个 重 要 的 方 面 。超 音
定 尺 寸后 ， 装 车 试 验 性 能 良好 ，使 用 一 年 后 ，检 查 地 应 用 ，成 功 地 推 动 了电 弧 喷 涂 技 术 的 发 展
发 现 ，涂层 完 好 。
（ ０ ｌ ２ ０ ２０１２）
硬质合金刀 具钎焊工艺的改进 而 引起 裂 纹 ．使 用 时造 成 硬 质 合金 刀 片 的脆 裂 。
图 ２ 超 音 速 电弧 喷 涂 电 厂锅 炉水 冲壁
Ｕ ～ 昌
一
速 电 弧 喷涂 工 艺 简 单 ， 制 备 的 涂 层 结 合 强 度 高 、孔
总 之 ，超 音 速 电 弧 喷 涂 由 于 采 用 了 拉 伐 尔 喷
隙率 低 ，经 磨 削 加工 后 易 于 满 足 精 度 和 表 面 粗 糙 度 嘴 ，将 粒 子 的 速 度 提 高 到 超 音 速 ，改 善 了 粒 子 的 雾 要 求 。 超 音 速 电 弧 喷 涂 修 复 的 曲 轴 经 磨 削 加 工 到 规 化 效 果 ，提 高 了涂 层 质 量 ，在 工 业 中得 到 较 为 广 泛
改 进 的钎 焊工 艺 通过 实 际 使 用 表 明 ，采 用 此 方 （０２ １６ ２００１）
第 ６ 巍
刀 片 的 膨 胀 系 数 比刀 体 低 得 多 ， 在钎 焊 过 程 中 会产 法 取得 了很 好 的经 济 效益 。
爆炸消除焊接残余应力的数值模拟
爆炸消除焊接残余应力的数值模拟爆炸消除焊接残余应力的数值模拟焊接残余应力是一个常见的问题。
在焊接过程中，高温物质的热膨胀和收缩会导致材料的形状发生变化，进而产生残余应力，这将会影响机械性能和耐用性。
而解决残余应力的方法之一就是爆炸消除技术。
本文将介绍通过数值模拟爆炸消除焊接残余应力的方法。
首先，我们需要建立一个三维的有限元模型。
这个模型应该和我们想要焊接的实际工件尽可能接近。
我们可以使用数值计算软件或者有限元分析软件来构建这个模型。
在建模的过程中，我们需要考虑焊接热源、导热、冷却和热膨胀等因素。
然后，我们需要确定爆炸消除技术的参数。
爆炸消除包括激波、爆炸和喷射等过程。
我们需要考虑爆炸药的种类、粒度和密度、爆炸药与工件之间的距离、爆炸的时间、爆炸的方向和强度等因素。
这些参数的确定需要基于实验和经验，并结合实际情况进行调整。
接下来，我们需要进行数值模拟。
我们将爆炸消除过程和焊接过程连接在一起进行模拟，同时考虑材料的耐热性，热膨胀系数以及变形发生的顺序等因素。
在数值模拟的过程中，我们需要对边界条件进行适当的设定，如限制边界和速度边界。
同时，我们还需要考虑计算时间和内存的限制，保证计算的收敛性和稳定性。
最后，我们需要对模型进行结果分析和数据处理。
我们可以通过结果图表来直观地展现残余应力的分布和变化情况，并进行相关数据的分析和处理。
我们还可以通过比较实验结果和数值模拟结果来验证模型的准确度和可靠性。
总之，数值模拟是一种有效的解决焊接残余应力问题的方法。
通过建立合适的模型，确定正确的参数和进行精确的计算和分析，我们可以更好地掌握焊接残余应力的变化规律，并采取有效的措施来解决这个问题。
对于焊接残余应力的数值模拟分析，我们需要进行相关数据分析，以确定残余应力分布的规律和变化趋势。
首先，我们需要收集和分析关于焊接材料的相关数据，如热膨胀系数、热导率、比热容、密度、杨氏模量和泊松比等。
这些参数对于确定焊接过程中热膨胀和冷却的效应非常重要，尤其是在数值模拟中。
钎焊
钎焊科技名词定义中文名称：钎焊英文名称：braze welding;brazing;soldering定义1：用比母材熔点低的钎料和焊件一同加热，使钎料熔化(焊件不熔化)后润湿并填满母材连接的间隙，钎料与母材相互扩散形成牢固连接的方法。
所属学科：电力（一级学科）；热工自动化、电厂化学与金属（二级学科）定义2：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙实现连接焊件的方法，包括硬钎焊和软钎焊。
所属学科：机械工程（一级学科）；焊接与切割（二级学科）；钎焊（三级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片激光钎焊示意图钎焊是指用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。
钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，如蜂窝结构板、透平叶片、硬质合金刀具和印刷电路板等。
钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙。
间隙一般要求在0.01～0.1毫米之间。
目录1钎焊基本知识概述概念1焊接材料1接头形式1加热方式钎焊的特点及应用特点1钎料和钎剂钎料的润湿与铺展1钎料的毛细流动1钎料与母材的相互作用1常用的钎料钎焊常用的工艺方法钎焊接头1钎焊的分类软钎焊1硬钎焊钎焊后清洗钎焊接头的质量检验钎焊接头缺陷的检验方法常用金属材料的钎焊钎料及其选用钎焊操作中的安全与防护国外焊接技术最新进展情况( 钎焊)钎焊发展历程展开编辑本段钎焊基本知识概述概念钎焊（Soldering and Brazing）：利用熔点比母材（被钎焊材料）熔点低的填充金属（称为钎料或焊料），在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展和在母材间隙中填缝，与母材相互溶解与扩散，而实现零件间的连接的焊接方法。
钎焊机较之熔焊，钎焊时母材不熔化，仅钎料熔化；较之压焊，钎焊时不对焊件施加压力。
YG18硬质合金激光焊接性能研究.
YG18硬质合金激光焊接性能研究硬质合金根据Co含量的不同，划分为不同的牌号，YG18是一种含钻量较高的烧结硬质合金。
钻含量的提高使其相对于低含钻量的硬质合金而言，一方面在治金性能上表现出更多的金属性，另一方面，其焊接性能也获得了一定程度的改善.在工业中常常要求将不同牌号的硬质合金结合在一起，如在石油勘探中，钻头就是由YG 18硬质合金为基体，钎焊多个YG8硬质合金刀头而成。
由于新型钻头的硬质合金刀头切削端表层含有一层聚晶金刚石材料，焊接过程不允许刀头过热造成聚晶金刚石材料的破坏。
而目前钎焊采用的加热方式功率密度较低，难以保证在满足上述条件的同时获得具有足够结合强度的焊缝。
高功率工业激光器的聚焦激光束提供了极高的功率密度及局部快速加热、冷却的条件，有利于实现特殊材料之间的焊接。
因此采用激光对不同牌号、不同成分的硬质合金进行焊接实验，并了解它们的焊接性能就具有重要的意义。
以前对含钻较低的YG8硬质合金的激光焊接，以铜为填充材料，采用激光热导焊模式，获得了很好的激光钎焊接头。
在此基础上，本文采用激光作为焊接热源，以铜为填充材料，对YG18硬质合金进行激光焊接实验。
实验条件实验采用3kW快速轴流CO2激光器(光束模式为TEM00+TEM01)和CNC数控机床。
选用厚度为17mm的YG18硬质合金为母材，紫铜为填充材料，焊接过程中使用专用夹具将焊接试样固定在保护腔内，采用Ar气作为保护气体。
在焊接实验之后，使用CSM - 950扫描电镜(配TN5402能谱仪)，进行硬质合金的钎焊接头形貌的分析。
实验结果在热导焊实验时，在较低的激光输出功率(G700W)和扫描速度(0.15m/min)条件下，钎料及焊缝两侧的硬质合金基体较为均匀地受热，既没有产生温度过高的硬质合金熔化的区域，也避免了Cu的汽化、蒸发，熔化的铜有相对充足的时间来润湿硬质合金。
图1是YG18硬质合金激光钎焊接头的电子显微形貌。
中部为Cu层，两侧为硬质合金，在二者之间形成了很好的钎接接头，在整个焊缝的范围内，都形成了与此相似的钎焊缝。
碳纤维增强碳化钨硬质合金的烧结方法和研究进展
碳纤维增强碳化钨硬质合金的烧结方法和研究进展1．引言碳化钨-钴（WC-Co）硬质合金是以碳化钨粉末为主要原料，Co做粘结剂而制成的一种合金。
因碳化钨-Co硬质合金具有高硬度、高强度和优良的耐磨性及抗氧化性，而被广泛的用于机械加工、采矿钻探、模具和结构耐磨件等领域[1]。
超细碳化钨-钴硬质合金是指合金中碳化钨晶粒平均尺寸为0.1~0.6μm，这使其具有高强度、高硬度和高韧性，有效地解决了传统硬质合金硬度与强度之间的矛盾。
碳化钨晶粒在100nm 以下的纳米硬质合金应当有更优良的性能。
1959年，Shindo A首先发明了用聚丙烯腈（PAN）纤维制造碳纤维。
美国在21世纪革命性的12项材料技术中，则将“新一代碳纤维、纳米碳管”排在第四位[2]。
碳纤维具有高强度、高模量、密度小，比强度高、耐高温、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小等优良性能。
正因如此，将碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合后得到的碳纤维复合材料，同样具有高的比强度、比模量、耐疲劳、耐高温、抗蠕变等特点。
近年来它们被广泛地应用于航空航天、汽车构件、风力发电叶片、油田钻探、体育用品、建筑补强材料等领域[3]。
超细碳化钨-钴硬质合金和碳纤维在某些方面的优异性能和在工业上的广泛应用，使得国内外很多研究学者对这两种材料进行了深入研究。
本文将主要从超细碳化钨-钴硬质合金的烧结手段及其对硬质合金性能的影响、致密化方式和效果，碳纤维增强复合材料的性能等方面对国内外文献进行综述。
2. 烧结方法目前国内外研发了许多制备超细碳化钨粉末的方法，主要有直接碳化法[4]、氢气还原WO X碳化法、流化床还原碳化法、气相沉积法、有机盐热分解碳化法、等离子电弧法、熔盐法和机械球磨法、液相还原法[5]等，目前应用于工业化规模生产的主要是前三种方法。
要使超细碳化钨粉末具备特殊性能，必须经过烧结这一关键步骤，烧结技术的不同将对硬质合金的性能产生重要影响。
而如何有效控制碳化钨晶粒在烧结过程中的长大行为成为制备超细晶和纳米晶硬质合金的关键技术。
硬质合金切削刃磨削过程仿真分析
硬质合金切削刃磨削过程仿真分析硬质合金切削刃的磨削过程是机械加工中的重要环节，对于刃物的质量和切削效果有着直接影响。
本文将对硬质合金切削刃磨削过程进行仿真分析。
一、硬质合金切削刃的特点硬质合金切削刃是由碳化钨（WC）和钴（Co）等金属粉末在高温高压条件下烧结而成的一种高硬度刀具材料。
它具有耐磨、耐热、耐冲击等优点，广泛应用于加工高硬度材料和难加工材料。
二、硬质合金切削刃磨削过程的意义硬质合金切削刃的主要使用方式是刃磨。
磨削过程中刀具与磨削轮的相互作用非常复杂，直接影响着刃磨后的切削效果和刀具寿命。
因此，对硬质合金切削刃磨削过程进行仿真分析具有重要的意义。
三、硬质合金切削刃磨削过程的仿真模型硬质合金切削刃磨削过程的仿真模型可以采用有限元方法进行建立。
该方法可以模拟刀具与磨削轮的相互作用，并计算各个位置的应力和温度分布。
四、硬质合金切削刃磨削过程的仿真参数硬质合金切削刃磨削过程的仿真分析需要考虑一些重要参数，如刀具材料的力学性能、磨削轮的材料和几何形状等。
通过调整这些参数，可以获得不同切削条件下的刃磨过程仿真结果。
五、硬质合金切削刃磨削过程的仿真结果分析通过对硬质合金切削刃磨削过程进行仿真分析，可以获得切削过程中磨削轮对刀具的应力和温度分布情况。
同时，还可以得到刀具表面质量和刀具寿命等重要参数的预测值。
六、硬质合金切削刃磨削过程仿真分析的应用硬质合金切削刃磨削过程仿真分析的应用主要体现在以下几个方面：一是优化刃磨工艺参数，提高刀具的使用性能；二是预测刃磨过程中的刃口破损情况，减少刃磨损失；三是为不同加工材料提供刃磨工艺参考，保证加工质量。
七、硬质合金切削刃磨削过程仿真分析的发展趋势随着计算机技术的不断发展，硬质合金切削刃磨削过程仿真分析的方法和工具也在不断进步。
将来，可以通过引入更多的物理模型和算法，进一步提高仿真分析的准确性和可靠性。
总而言之，硬质合金切削刃磨削过程的仿真分析对于提高刀具的使用性能和降低加工成本具有重要的意义。
钎焊硬质合金类刀具必备知识分解
钎焊常见的缺陷及其成因如下
(3)钎料凝固时，零件相互错动。 (4)钎料结晶温度间隔过大。 (5)钎料结晶温度间隔过大。 (6)钎缝脆性过大。 5.钎料流失产生原因： (1)钎焊温度过高或保温时间过长。 (2)钎料安置不当以致未起毛细作用。 (3)局部间隙过大。 6.母材被溶蚀产生原因： (1)钎焊温度过高，保温时间过长。 (2)母材与钎料之间的作用太剧烈。 （3)钎料量过大。
影响焊接质量因素
（四）钎焊常用的工艺方法 钎焊过程的主要工艺参数是钎焊温度和保温时间。钎焊温度通 常选为高于钎料液相线温度25 ^- 60 'C，以保证钎料能填满间隙。 钎焊保温时间视工件大小及钎料与母材相互作用的剧烈程度而 定。大件的保温时间应长些，以保证加热均匀。钎料与母材作用强 烈的，保温时间要短。一般说来，一定的保温时间是促使钎料与母 材相互扩散，形成牢固结合所必需的。但过长的保温时间将导致熔 蚀等缺陷的发生。钎焊前的表面清理改善钎料在硬质合金上的润湿 性是很重要的，必要时还可采取表面镀铜或镀镍等措施。 硬质合金钎焊中的接头易产生裂纹。这是因为它的线膨胀系数 仅为低碳钢的一半，当硬质合金与这类钢的基体钎焊时，会在接头 中产生很大的热应力，从而导致接头的开裂。因此，硬质合金与不 同材料钎焊时，应设法采取防裂措施硬质合金刀片与钢制刀杆钎焊 时，宜采取加大钎缝间隙和在钎缝中施加塑性补偿垫片的方法，并 在焊后进行缓冷，以减小钎焊应力，防止裂纹产生，延长硬质合金 刀具组件的使用寿命。
焊接刀具基础知识
焊接车刀的焊接方法 影响因素 保温措施 使用时应注意的事项 以及保养方法
影响焊接质量因素
一）钎料的润湿与铺展 钎焊时，只有熔化的液体钎料很好地润湿母材表面才能 填满钎缝。衡量钎料对母材润湿能力的大小，可用钎料（液 相）与母材（固相）相接触时的接触夹角大小来表示。影响 钎料润湿母材的主要因素有： 1.钎料和母材的成份 若钎料与母材在固态和液态下均不发生物理化学作用， 则他们之间的润湿作用就很差，如铅与铁。若钎料与母材能 相互溶解或形成化合物，则认为钎料能较好地润湿母材，例 如银对铜。 2.钎焊温度 钎焊加热温度的升高，由于钎料表面张力下降等原因会 改善钎料对母材的润湿性，但钎焊温度不能过高，否则会造 成钎料流失，晶粒长大等缺陷。
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硬质合金钎焊的数值模拟及其发展
作者：黎冠威 刘金涛
来源：《商情》2008年第45期
【摘 要】对焊接接头残余应力的研究，以往是通过试验的方法获得其力学性能，随着计
算机科学的发展，数值模拟技术已经广泛应用各个领域。焊接过程的数值模拟技术的实现，对
优化焊接工艺、减少研究工作量、节省研究经费有着不可代替的作用。本文着重介绍硬质合金
钎焊的ANSYS模拟过程及焊接数值模拟的发展。
【关键词】硬质合金 钎焊 数值模拟 影响因素 参数优化
将现代焊接数值模拟技术应用于传统的焊接工艺，利用计算机的数值模拟技术改善传统的
焊接工艺，优化焊接工艺中的各种参数，对我国焊接技术的发展有着十分重要的意义。
一、焊接的ANSYS数值模拟过程
ANSYS软件是一个大型的、通用的有限元软件，以其多物理场耦合分析的先进技术和理
念，在工业领域和研究工作中都得到了广泛的应用。它具有分析结构、流体、热、电磁及其相
互耦合的功能。焊接温度场和应力场的模拟就是运用其热-结构的耦合分析功能进行计算的。
在ANSYS软件中，计算焊接温度场和应力场的方法分为直接法和间接法。直接法时使用
具有温度和位移自由的耦合单元，同时分析得到热分析和结构应力分析的结果。但由于多种的
原因，造成直接法计算周期长、不够灵活。间接法是先进行温度场分析，温度场模拟准确后，
保存温度场结果，再分析用力应变，如果应力分析结果不理想也不必再进行温度场分析，而再
进行应力场分析即可。这样就可以节省大量的时间。所以，用间接法对焊接过程进行分析计算
较为合理、高效。
一般应用ANSYS进行数值模拟计算主要有三个步骤：
1.前处理阶段。包括定义单元类型、输入材料属性、创立几何模型、设定网个单元划分单
元格、生成有限元模型。
2.加载求解阶段。就焊接数值模拟来说，此阶段包括定义分析类型、获得瞬态热分析的初
始条件、设定载荷步选项、求解运算等。
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3.后处理阶段。ANSYS软件提供两种后处理方式，一种是通用后处理（POST1），它可
以对模型某一时刻的结果数据或图形进行显示。另一种是时间——历程后处理（POST26），
它可以列表或图形显示模型种某一点随时间的变化结果。
二、硬质合金钎焊数值模拟举例
1.问题描述。硬质合金YG8、钎料Cu-Zn-Mn与A3钢组成YG8/Cu-Zn-Mn/A3搭接接头。
假设接头在高温下焊接情况良好，所得焊缝无缺陷，对其进行钎焊，使其从800℃冷却到
20℃，对其钎焊过程的温度场和应力场进行数值模拟。（各材料性能见表1）
表1 各材料性能
2.基本假设。硬质合金在本钎焊中不发生塑性变形。因此，计算时只考虑其弹性变形。钢
基体和钎料有弹性和塑性变形，计算中采用理性弹塑性线性强化模型。在数值模拟过程中，作
以下假设：
（1）在硬质合金和钢的钎焊过程中，假设硬质合金发生的是弹性变形，钢基体和钎料层
发生的是弹塑性变形。
（2）由于钎焊温度较高，假设金属材料的物理和力学性能参数是随温度变化的。
（3）与温度有关的物理和力学性能、应力在微小的时间增量内线性变化。
（4）假设各材料的物理和力学性能各向同性。
（5）冷却过程中构件温度时均匀的。
3.模型的建立和网格的划分。由于钎料和木材之间的数量级相差太大，所以对模型进行整
体缩小，并取焊缝附近区域进行研究，故这里对母材尺寸设定为10mm×4mm×3mm，钎料尺寸
为2mm×4mm×0.1mm，定义材料类型和材料热学性能，划分网格。网格的划分对分析结果的
正确性和精度影响较大，理论上，网格密度越大精度越高，但从计算量上看，网格密度大会耗
费大量的储存空间和计算时间，所以，两者之间要找到一个较佳的平衡点。
4.加载求解。由于硬质合金钎焊接头的残余应力只在钎料凝固后的冷却过程中产生，所
以，这里只考虑冷却过程，焊件从800℃冷却到室温，室温设为20℃，定义分析类型；设定初
始温度为800℃；设定载荷步；设定边界条件，将室温设定为20℃，边界条件根据对流换热处
理，。（温度场分析完成后，转换单元类型将热单元换成相应的结构单元进行应力分析）
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5.后处理。完成计算后，通过程序的后处理功能查看结果。在硬质合金与钢基体钎焊接头
中，破坏和断裂主要发生在硬质合金与钎料一侧，因此，可以主要针对硬质合金与钎料的残余
应力的进行重点分析。
三、焊接数值模拟技术的发展
1.焊接有限元模拟的研究历史与发展
焊接数值模拟技术的应用始于20世纪60年代，Tall等人首先利用计算机对焊接热应力进
行计算，编制了一套沿板条中线进行堆焊的热应力一维分析程序。1971年，Iwaki编制了可用
于分析板平面堆焊热应力的二维有限元程序。我国焊接界有限元模拟研究起步于20世纪80年
代，模拟的内容是以二维温度场或薄版准稳态温度场为主，90年代，发展了有关的三维焊接
分析程序，并有不少成功的应用实例。与此同时，焊接有限元模拟的领域已经拓展到了熔池反
应、凝固、固态相变、焊接接头的性能等各方面。
2.焊接数值模拟技术主要研究对象与目的
焊接数值模拟技术的发展是随着焊接实践经验的积累，有限元数值模拟技术、计算机技术
等的发展而逐步开始的。焊接工艺的数值模拟主要是针对焊接温度场、应力场和变形等几个方
面，旨在提高焊接构件的性能，优化焊接工艺和参数等。
（1）焊接数值模拟的主要研究对象
目前，焊接领域数值模拟的对象大致分为以下方面：①焊接温度场的模拟，②焊接金属学
和物理过程的模拟，③焊接应力和应变的数值模拟，④焊接接头的力学行为和性能的数值模
拟，⑤焊缝质量评估的数值模拟，⑥具体焊接工艺的数值模拟。
（2）焊接数值模拟的目的
焊接数值模拟的主要目的是分析焊接的影响因素、优化焊接工艺及参数。
焊接影响因素的分析是焊接有限元模拟的一个重要方面。研究发现，焊接过程中，许多因
素都会对焊接接头的性能，焊接构件的质量造成很大的影响，其中包括，焊接速度、冷却速
度、热源分布、焊接温度、预热情况、构件尺寸、焊缝厚度、边界条件等。对这些因素进行研
究，不仅有助于提高焊接质量和焊接接头性能，而且对优化焊接工艺和参数有重要意义。
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焊接工程需要解决的一个重要问题就是对焊接参数进行优化，所以焊接数值模拟的另一个
目的就是通过研究分析，优化工艺参数。一般而言，焊接条件由焊接工程师靠经验或者准则确
定，所以，在许多焊接工艺中都存在许多不合理或尚待改善的地方，现在许多焊接过程已经开
始机械化和自动化，各种优化焊接参数的数学方法也被用于焊接过程的控制，研究中得到的各
种优化参数也被用于实际生产当中。当前，将有限元分析用于焊接影响因素及参数优化的研究
尚处于开拓阶段，还需不断地进行探索研究。
参考文献：
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[3]焦立新.焊接仿真技术应用与未来发展[J].航空制造技术，2008.
[4]鲁丽君，白世武，丁红胜.焊接接头有限元模拟的研究进展[J].金属世界，2008，2：35-
39.
[5]程立书.基于温度和应力场的焊接诶残余应力数值分析.南昌大学，2007硕士论文.
[6]王勋成，邵敏.有限元法基本原理和数值分析[M].清华大学出版社.
(作者单位：西安工业大学建工系)