双钢板拼焊过程温度场有限元模拟

张春侠 胡 瑞 佘昌莲 谭鲁怀

(1.北京正邦兴业建筑技术开发有限公司，北京 100083； 2.立信国际工程咨询(青岛)有限公司，山东 青岛 266000； 3.中科信工程咨询(北京)有限责任公司，北京 100032； 4.西安建筑科技大学土木工程学院，陕西 西安 710055)

近年来国家大力发展装配式建筑，钢结构由于自重轻、施工方便、标准化程度高等优点而广泛应用于装配式建筑领域，取得了良好的效果。焊接连接是钢结构中最常用的连接方式之一，而焊接过程中焊缝质量对结构安全性能有着重要的影响[1]。焊接过程产生的焊接残余应力和变形可能引起冷热裂纹、脆性断裂等工艺缺陷，影响结构的加工精度，在一定条件下还将降低结构的承载能力，因此相关研究者针对焊接残余应力的形成规律及控制方法开展了一系列的研究。

本文采用有限元软件ABAQUS，考虑材料热物理性能变化，选用合理热源模型，以低合金双钢板拼焊为例对其温度场进行三维动态模拟，分析双钢板拼焊过程温度动态分布规律，为进一步进行焊接温度场与应力应变场耦合分析奠定基础。

1 有限元建模

1.1 几何模型

焊件初始温度为20 ℃，平面尺寸为300 mm×150 mm，厚度为8 mm，模拟两块钢板采对接焊过程。

1.2 焊接热源与材料属性

由于激光焊接电弧冲击力效应较大[2]，本文选用移动双椭球体热源模型。焊件材料为Q235B钢板，考虑温度影响得到不同温度下钢材性能参数[3]如表1所示。

表1 钢材性能参数

1.3 单元类型与网格划分

温度场模拟选择三维传热单元DC3D8，为获得良好瞬态焊接温度场结果，需合理控制焊缝处单元尺寸。……