CN115169052A - 低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法 - Google Patents

低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法 Download PDF

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CN115169052A CN202210911755.1A CN202210911755A CN115169052A CN 115169052 A CN115169052 A CN 115169052A CN 202210911755 A CN202210911755 A CN 202210911755A CN 115169052 A CN115169052 A CN 115169052A
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Abstract

本发明公开了低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、建立低合金高强钢多层多道对接板结构焊接过程的热力耦合计算模型；步骤2、设置焊接模型的初始条件和边界条件；步骤3、建立焊接的热源模型及求解任务；步骤4、任务提交求解并进行后处理。通过本发明的方法能实现对低合金高强钢厚板双丝焊接过程的温度场及应力场的模拟计算，能通过模拟得到厚板对接结构焊接后构件上的应力分布及变形情况，预判构件在使用过程中失效位置，指导实际使用。

Description

低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法
技术领域
本发明属于焊接数值模拟技术领域，具体涉及一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法。
背景技术
在工程机械、船舶、高层建筑、压力容器等制造领域，低合金高强钢的焊接工艺是制造的关键工序，由于低合金高强钢对大输入适应性差，容易出现脆化现象，所以现多采用双丝焊接的方法。焊接过程具有高温、瞬时、动态等特点，以及双丝焊焊缝及母材将经受前后两次连续的焊接热循环，因此使用传统的测试方法难以准确获得双丝焊接过程中焊接构件上温度、应力等参量的变化情况。随着计算机硬件和数值分析技术的发展，通过对双丝焊接过程建立物理模型，并采用合适的数值分析方法对物理模型进行求解，获得求解域内的状态变量；可以精确预测双丝焊接过程中焊件上温度及应力分布，弥补了传统实验方法的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法，解决了现有技术中存在的低合金高强钢厚板的双丝焊接过程中焊件温度变化及焊后残余应力、变形难以预测的问题。
本发明所采用的技术方案是，低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、建立低合金高强钢多层多道对接板结构焊接过程的热力耦合计算模型；
步骤2、设置热力耦合计算模型的初始条件和边界条件；
步骤3、建立焊接的热源模型及求解任务；
步骤4、任务提交求解并进行后处理。
本发明的特征还在于，
步骤1具体按照以下步骤实施：
步骤1.1、利用三维造型软件对母材、焊缝建立三维实体模型，并将其合并为整体的几何模型；
步骤1.2、利用编程语言定义母材及焊缝材料随温度变化的物理性能参数，并将材料属性分别赋予相应结构部位；
步骤1.3、对步骤1.1得到的几何模型按照从焊缝向周围扩散的顺序进行局部网格划分，最终得到热力耦合计算模型。
步骤1.3具体为，先利用过渡单元对有限元模型的面进行划分，然后采用扫掠的方式对模型整体进行网格划分。
步骤2具体为，在初始步中设置焊接构件的初始温度和温度场的边界条件，建立直接热力耦合分析步，并选择通过用户自定义的热源子程序在焊接构件整体上施加随时间变化的体热流。
所述温度场的边界条件包括对流和热辐射。
步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1、基于平板焊接模型用的椭圆或双椭球热源模型，针对厚板的焊接电弧对熔深有挖掘作用的特点，采用双椭球对热源模型，并对前后不同热源模型进行修正；
在直角坐标系中，当焊接中心坐标为(x0，y0，z0)，平板焊接时双热源热输入前丝位置为(x，y，z)、后丝位置为(x，y，z1)；
步骤3.2、利用APDL编程语言编辑子程序，建立厚板双丝焊接的整体热源模型，其热源模型分为四个部分，具体的热流密度分布函数为：
前丝前半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure BDA0003771020810000031
前丝后半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure BDA0003771020810000032
后丝前半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure BDA0003771020810000033
后丝后半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure BDA0003771020810000034
其中,Q1为前丝的热生成率；Q2为后丝的热生成率；Q1＝ηU1I1、Q2＝ηU2I2，η为焊接热效率；U1为前丝焊接电压、U2为后丝焊接电压；I1为前丝焊接电流、I2为后丝焊接电流；a11为前丝前半椭球长度、a12为前丝后半椭球长度、a21为后丝前半椭球长度、a22为后丝后半椭球长度、b1为前丝熔宽、b2为后丝熔宽、c1为前丝熔深、c2为后丝熔深；f1为热源模型前部分的能量分配系数；f2为热源模型后部分的能量分配系数；
步骤3.3、利用工具→集→创建→单元→以拓扑为单元选择集合，创建焊缝单元的集合，并对焊缝进行命名，以确定热源模型子程序路径，建立求解任务。
步骤4具体按照以下步骤实施：
步骤4.1、建立分析步，整个焊接模拟过程分为6个分析步，第一个分析步为step-1，进行打底层焊缝的焊接；第二个分析步为step-2，打底层焊缝焊接完成后冷却过程；第三个分析步为step-3，进行填充层焊缝的焊接；第四个分析步为step-4，填充层焊缝焊接完成后冷却过程；第五个分析步为step-5，进行盖面层焊缝的焊接；第六个分析步为step-6，即整个焊接过程完成后冷却过程；
步骤4.2、提交求解任务并进行温度场的求解，有限元软件基于传热控制的微分方程进行传热计算分析：
Figure BDA0003771020810000041
式中：ρ表示焊接材料密度(kg·m-3)；c表示焊接材料比热容(J·kg·℃-1)；T表示温度场温度分布函数；t表示时间。
求解温度场时，通过生死单元来模拟热源移动，即焊接材料填充过程，求解之前需“杀死”内、外焊缝所包含单元，在求解过程中逐步激活；
步骤4.3、求解应力场，将分析温度场时所得的节点温度加载到模型中，计算构件在焊接过程中的应力及变形情况，应力场求解之前先将热分析单元转换为对应的结构单元并对焊接件施加位移约束边界条件，使整个结构在计算中不发生整体平移或刚性转动；
步骤4.4、进入后处理器，读取计算结果，获得厚板对接结构焊接过程的温度场及应力场。
本发明的有益效果是：
1、通过本发明低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法能实现对厚板结构双丝焊接过程的温度场及应力场的模拟计算；
2、通过本发明低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法能通过模拟得到厚板双丝焊接后构件上的应力分布及变形情况，预判构件在使用过程中失效位置，指导实际使用。
附图说明
图1是本发明一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法的结构示意图；
图2是本发明一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法的实例中焊接结构的网格划分图；
图3是本发明一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法的实例中打底焊焊接完成时温度分布；
图4是本发明一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法的实例中打底焊焊后冷却100s时温度分布；
图5是本发明一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法的实例中填充焊焊接完成时温度分布；
图6是本发明一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法的实例中填充焊焊后冷却200s时温度分布；
图7是本发明一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法的实例中盖面焊焊接完成时温度分布；
图8是本发明一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法的实例中填充焊焊后冷却300s时温度分布；
图9是本发明一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法的实例中焊后等效残余应力分布图；
图10是本发明一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法的实例中焊后等效应变图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、建立低合金高强钢多层多道对接板结构焊接过程的热力耦合计算模型；
步骤1.1、对模拟对象进行分析，利用CATIA、Solidworks、Pro/E等三维造型软件对母材、焊缝建立三维实体模型，将三维实体模型的不同部分进行合并装配成整体的几何模型，将模型以.model文件格式导出，并将此文件导入到ANSYS有限元软件；
步骤1.2、利用APDL编程语言定义母材及焊缝材料随温度变化的物理性能参数，包括密度、导热系数、比热容、弹性模量、泊松比、热膨胀系数，并将材料属性分别赋予相应结构部位；
步骤1.3、利用ANSYS软件自带的ICEM CFD模块对步骤1.1得到的几何模型进行网格划分，最终得到热力耦合计算模型；热力耦合计算模型整体选用三维热实体单元SOLID70，按照从焊缝向周围扩散的顺序进行局部网格划分；首先利用过渡单元对有限元模型的面进行划分；然后采用扫掠的方式对模型整体进行网格划分，网格尺寸需根据实际进行调整，为了保证计算精度、提高计算效率，因此将焊缝及其附近区域网格细密划分，而在远离焊缝区域增大网格尺寸；若网格划分失败，可以检查网格尺寸是否合理，扫掠方向是否正确；完成整个模型的网格划分后，进行网格质量检查，当网格质量不存在错误且警告值小于10％时认为该网格合格；
步骤2、设置热力耦合计算模型的初始条件和边界条件；
在初始步中设置焊接构件的初始温度并设置温度场的边界条件(包括对流和热辐射)，以得到比较精确的温度场；再建立直接热力耦合分析步，并选择通过用户自定义的热源子程序在焊接构件整体上施加随时间变化的体热流；
步骤3、建立焊接的热源模型及求解任务；
步骤3.1、基于平板焊接模型常用的椭圆或双椭球热源模型，针对厚板的焊接电弧对熔深有挖掘作用的特点，采用双椭球对热源模型，并对前后不同热源模型进行修正；
在直角坐标系中，当焊接中心坐标为(x0，y0，z0)，平板焊接时双热源热输入前丝位置为(x，y，z)、后丝位置为(x，y，z1)。
步骤3.2、利用APDL编程语言编辑子程序，建立厚板双丝焊接的整体热源模型，其热源模型分为四个部分，具体的热流密度分布函数为：
前丝前半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure BDA0003771020810000071
前丝后半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure BDA0003771020810000072
后丝前半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure BDA0003771020810000081
后丝后半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure BDA0003771020810000082
其中,Q1为前丝的热生成率；Q2为后丝的热生成率；Q1＝ηU1I1、Q2＝ηU2I2，η为焊接热效率；U1为前丝焊接电压、U2为后丝焊接电压；I1为前丝焊接电流、I2为后丝焊接电流；a11为前丝前半椭球长度、a12为前丝后半椭球长度、a21为后丝前半椭球长度、a22为后丝后半椭球长度、b1为前丝熔宽、b2为后丝熔宽、c1为前丝熔深、c2为后丝熔深；f1为热源模型前部分的能量分配系数；f2为热源模型后部分的能量分配系数；
步骤3.3、利用工具→集→创建→单元→以拓扑为单元选择集合，创建焊缝单元的集合，并对焊缝进行命名，以确定热源模型子程序路径，建立求解任务；
步骤4、任务提交求解并进行后处理；
步骤4.1、建立分析步，整个焊接模拟过程分为6个分析步，第一个分析步为step-1，进行打底层焊缝的焊接；第二个分析步为step-2，打底层焊缝焊接完成后冷却过程；第三个分析步为step-3，进行填充层焊缝的焊接；第四个分析步为step-4，填充层焊缝焊接完成后冷却过程；第五个分析步为step-5，进行盖面层焊缝的焊接；第六个分析步为step-6，即整个焊接过程完成后冷却过程；
步骤4.2、提交求解任务并进行温度场的求解，通用有限元软件基于传热控制的微分方程进行传热计算分析：
Figure BDA0003771020810000091
式中：ρ表示焊接材料密度(kg·m-3)；c表示焊接材料比热容(J·kg·℃-1)；T表示温度场温度分布函数；t表示时间。
求解温度场时，通过生死单元来模拟热源移动(焊接材料填充)过程，求解之前需“杀死”内、外焊缝所包含单元，在求解过程中逐步激活；
步骤4.3、求解应力场，将分析温度场时所得的节点温度加载到模型中，计算构件在焊接过程中的应力及变形情况；应力场求解之前先将热分析单元转换为对应的结构单元并对焊接件施加位移约束边界条件，使整个结构在计算中不发生整体平移或刚性转动；
步骤4.4、进入后处理器，读取计算结果，获得管板结构焊接过程的温度场及应力场。
实施例
一种低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法，以工业中用常用的建筑钢(Q390钢)的焊接过程的计算为例进行说明，其中Q390钢化学成分(wt.％)如下表：
Q390钢化学成分(wt.％)如下表：
Figure BDA0003771020810000092
具体按照以下步骤实施：
步骤1、建立Q390多层多道对接板结构焊接过程的热力耦合计算模型；
步骤1.1、对模拟对象进行分析，利用三维造型软件SolidWorks建立三维实体模型，包括平板及焊缝，将模型不同部分进行合并装配成整体几何模型，如图1所示，其中平板尺寸为300×300×30mm(长×宽×厚)，坡口角度为30°。将模型以.model文件格式导出，并将此文件导入ANSYS有限元软件；
步骤1.2、设置平板及焊缝材料随温度变化的物理性能参数，包括密度、导热系数、比热容、弹性模量、泊松比、热膨胀系数，并将材料属性分别赋予相应结构部位，本实例中使用ER50-6是碳钢氩弧焊丝进行焊接，其物理性能参数与Q390钢接近，因此计算过程中用Q390钢物理性能参数代替焊丝ER50-6的物理性能参数。
ER50-6是碳钢氩弧焊丝化学成分(wt.％)如下表：
元素 碳(C) 锰(Mn) 硅(Si) 硫(S) 铜(Cu)
含量 0.06-0.15 1.4-1.85 0.8-1.15 ≤0.035 ≤0.20
Q390钢随温度变化的物理性能参数如下表：
Figure BDA0003771020810000101
步骤1.3、利用ANSYS软件自带的ICEM CFD模块对模型进行网格划分，模型整体选用三维热实体单元SOLID70(它是一种由8节点组成的六面体单元，每个节点具有温度自由度，可以很好的模拟实体温度的变化)，按照从焊缝向周围扩散的顺序进行局部网格划分，首先利用mesh200过渡单元对有限元模型的面进行划分，然后采用扫掠的方式对模型整体进行网格划分；网格尺寸可以根据实际进行调整，为保证计算精度、提高计算效率，将焊缝及其附近区域网格细密划分而在远离焊缝区域增大网格尺寸；本实例中打底焊及其附近区域网格尺寸设为0.0002mm，填充焊及其附近区域网格尺寸设为0.0005，盖面焊及其附近区域网格尺寸设为0.001，远离焊缝的区域网格尺寸设为0.01mm，如图2所示；若网格划分失败，可以检查网格尺寸是否合理，扫掠方向是否正确，完成整个模型的网格划分后，进行网格质量检查，当网格质量不存在错误且警告值小于10％时认为所化网格合格；
步骤2、设置焊接模型的初始条件和边界条件；
在初始步中设置焊接构件的初始温度并设置温度场的边界条件(包括对流和热辐射)，以得到比较精确的温度场，建立直接热力耦合分析步，并选择通过用户自定义的热源子程序在焊接构件整体上施加随时间变化的体热流。在本实施例中，焊接构件的初始温度设置为25℃，将热辐射和对流综合考虑，加载时按对流加载，总换热系数设置为15mW/mm^2*c；
步骤3、建立焊接的热源模型及求解任务；
步骤3.1、基于平板焊接模型常用的椭圆或双椭球热源模型，针对厚板的焊接电弧对熔深有挖掘作用的特点，采用双椭球对热源模型，并对前后不同热源参数进行修正；
在直角坐标系中，当焊接中心坐标为(x0，y0，z0)，平板焊接时双热源热输入前丝位置为(x，y，z)、后丝位置为(x，y，z1)。
步骤3.2、利用APDL编程语言编辑子程序，建立平板双丝焊接的整体热源模型，其热源模型分为四个部分，具体的热流密度分布函数为：
前丝前半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure BDA0003771020810000121
前丝后半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure BDA0003771020810000122
后丝前半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure BDA0003771020810000123
后丝后半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure BDA0003771020810000124
其中,Q1为前丝的热生成率；Q2为后丝的热生成率；Q1＝ηU1I1、Q2＝ηU2I2，η为焊接热效率；U1为前丝焊接电压、U2为后丝焊接电压；I1为前丝焊接电流、I2为后丝焊接电流；a11为前丝前半椭球长度、a12为前丝后半椭球长度、a21为后丝前半椭球长度、a22为后丝后半椭球长度、b1为前丝熔宽、b2为后丝熔宽、c1为前丝熔深、c2为后丝熔深；f1为热源模型前部分的能量分配系数；f2为热源模型后部分的能量分配系数；在本实施例中，使用“SET”命令对以上参数进行赋值，a11＝0.003、a12＝0.004、b1＝0.004、c1＝0.006、a21＝0.0025、a12＝0.003、b1＝0.005、c1＝0.008、η＝0.76、ff＝0.6、fr＝1.4；电压U的范围为26.8～27.5V，本实施例中U1＝U2设为27V；电流I的范围为220～290A，本实施例中打底焊的I1设为240A,I2设为220A；填充焊和盖面焊的I1设为280A,I2设为220A。
步骤3.3、利用工具→集→创建→单元→以拓扑为单元选择集合，创建焊缝单元的集合，并对焊缝进行命名，Weld-1和Weld-2表示打底焊，Weld-3、Weld-4、Weld-5、Weld-6表示填充焊，Weld-7、Weld-8表示盖面焊，以确定热源模型子程序路径，建立求解任务；
步骤4、任务提交求解并进行后处理；
步骤4.1、建立分析步，整个焊接模拟过程分为6个分析步，第一个分析步为step-1，进行打底层焊缝的焊接；第二个分析步为step-2，打底层焊缝焊接完成后冷却过程；第三个分析步为step-3，进行填充层焊缝的焊接；第四个分析步为step-4，填充层焊缝焊接完成后冷却过程；第五个分析步为step-5，进行盖面层焊缝的焊接；第六个分析步为step-6，即整个焊接过程完成后冷却过程；
步骤4.2、提交求解任务并进行温度场的求解，通用有限元软件基于传热控制的微分方程进行传热计算分析：
Figure BDA0003771020810000131
式中：ρ表示焊接材料密度(kg·m-3)；c表示焊接材料比热容(J·kg·℃-1)；T表示温度场温度分布函数；t表示时间。
求解温度场时，通过生死单元来模拟热源移动(焊接材料填充)过程，求解之前需“杀死”内、外焊缝所包含单元，在求解过程中逐步激活；
步骤4.3、求解应力场，将分析温度场时所得的节点温度加载到模型中，计算构件在焊接过程中的应力及变形情况，应力场求解之前先将热分析单元转换为对应的结构单元并对焊接件施加位移约束边界条件，使整个结构在计算中不发生整体平移或刚性转动，在本实施例中，对Q390钢板三个角施加位移约束以防止其在焊接过程中产生位移；
步骤4.4、进入后处理器，读取计算结果，获得平板对接结构焊接过程的温度场及应力场。
从图中可看出，打底焊焊接完成时热源中心温度为1923.2℃(见图3)，焊后冷却100s时峰值温度为83℃(见图4)，填充焊焊接完成时热源中心温度为2211℃(见图5)，焊后冷却100s时峰值温度为148.3℃(见图6)，盖面焊焊接完成时热源中心温度为2284℃(见图7)，焊后冷却100s时峰值温度为159.3℃(见图8)，温度从焊缝收弧处逐渐向母材两侧扩散。
在等效残余应力中，双丝焊后残余应力主要集中在焊缝及热影响区(见图9)，其中最大应力出现在焊缝处，其值为370MPa；
由焊后应变云图(见图10)可知，在焊后最大等效应变为0.01mm，出现在远离焊缝的边沿处。
所以通过该实施例可知，上述方法解决了现有技术中存在的低合金高强钢厚板的双丝焊接过程中焊件温度变化及焊后残余应力、变形难以预测的问题。

Claims (7)

1.低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、建立低合金高强钢多层多道对接板结构焊接过程的热力耦合计算模型；
步骤2、设置热力耦合计算模型的初始条件和边界条件；
步骤3、建立焊接的热源模型及求解任务；
步骤4、任务提交求解并进行后处理。
2.根据权利要求1所述的低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法，其特征在于，步骤1具体按照以下步骤实施：
步骤1.1、利用三维造型软件对母材、焊缝建立三维实体模型，并将其合并为整体的几何模型；
步骤1.2、利用编程语言定义母材及焊缝材料随温度变化的物理性能参数，并将材料属性分别赋予相应结构部位；
步骤1.3、对步骤1.1得到的几何模型按照从焊缝向周围扩散的顺序进行局部网格划分，最终得到热力耦合计算模型。
3.根据权利要求2所述的低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法，其特征在于，步骤1.3具体为，先利用过渡单元对有限元模型的面进行划分，然后采用扫掠的方式对模型整体进行网格划分。
4.根据权利要求1所述的低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法，其特征在于，步骤2具体为，在初始步中设置焊接构件的初始温度和温度场的边界条件，建立直接热力耦合分析步，并选择通过用户自定义的热源子程序在焊接构件整体上施加随时间变化的体热流。
5.根据权利要求4所述的低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法，其特征在于，所述温度场的边界条件包括对流和热辐射。
6.根据权利要求1所述的低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法，其特征在于，步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1、基于平板焊接模型用的椭圆或双椭球热源模型，针对厚板的焊接电弧对熔深有挖掘作用的特点，采用双椭球对热源模型，并对前后不同热源模型进行修正；
在直角坐标系中，当焊接中心坐标为(x0，y0，z0)，平板焊接时双热源热输入前丝位置为(x，y，z)、后丝位置为(x，y，z1)；
步骤3.2、利用APDL编程语言编辑子程序，建立平板双丝焊接的整体热源模型，其热源模型分为四个部分，具体的热流密度分布函数为：
前丝前半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure FDA0003771020800000021
前丝后半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure FDA0003771020800000022
后丝前半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure FDA0003771020800000023
后丝后半部分椭球内的热流密度分布函数为：
Figure FDA0003771020800000024
其中,Q1为前丝的热生成率；Q2为后丝的热生成率；Q1＝ηU1I1、Q2＝ηU2I2，η为焊接热效率；U1为前丝焊接电压、U2为后丝焊接电压；I1为前丝焊接电流、I2为后丝焊接电流；a11为前丝前半椭球长度、a12为前丝后半椭球长度、a21为后丝前半椭球长度、a22为后丝后半椭球长度、b1为前丝熔宽、b2为后丝熔宽、c1为前丝熔深、c2为后丝熔深；f1为热源模型前部分的能量分配系数；f2为热源模型后部分的能量分配系数；
步骤3.3、利用工具→集→创建→单元→以拓扑为单元选择集合，创建焊缝单元的集合，并对焊缝进行命名，以确定热源模型子程序路径，建立求解任务。
7.根据权利要求1所述的低合金高强钢厚板双丝焊接的数值模拟方法，其特征在于，步骤4具体按照以下步骤实施：
步骤4.1、建立分析步，整个焊接模拟过程分为6个分析步，第一个分析步为step-1，进行打底层焊缝的焊接；第二个分析步为step-2，打底层焊缝焊接完成后冷却过程；第三个分析步为step-3，进行填充层焊缝的焊接；第四个分析步为step-4，填充层焊缝焊接完成后冷却过程；第五个分析步为step-5，进行盖面层焊缝的焊接；第六个分析步为step-6，即整个焊接过程完成后冷却过程；
步骤4.2、提交求解任务并进行温度场的求解，有限元软件基于传热控制的微分方程进行传热计算分析：
Figure FDA0003771020800000031
式中：ρ表示焊接材料密度，kgm-3；c表示焊接材料比热容，J·kg·℃-1；T表示温度场温度分布函数；t表示时间；
步骤4.3、求解应力场，将分析温度场时所得的节点温度加载到模型中，计算构件在焊接过程中的应力及变形情况，应力场求解之前先将热分析单元转换为对应的结构单元并对焊接件施加位移约束边界条件，使整个结构在计算中不发生整体平移或刚性转动；
步骤4.4、进入后处理器，读取计算结果，获得厚板对接结构焊接过程的温度场及应力场。
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