焊接是被焊工件的材質（同種或異種），通過加熱或加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材質達到原子間的結合而形成永久性連接的工藝過程。焊接是一個復雜的物理-化學過程，描述焊接過程的變量數(shù)目繁多，憑積累工藝實驗數(shù)據(jù)了解和控制焊接過程，既不切實際又成本昂貴和費時費力。隨著計算機技術的發(fā)展，計算機模擬方法為焊接科學技術的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

焊接熱過程貫穿整個焊接過程的始終，可以說一切焊接物理化學過程都是在熱過程中發(fā)生和發(fā)展的。焊接熱過程是局部的，加熱極不均勻，具有瞬時性，復雜性和不穩(wěn)定性等特點。焊接溫度場決定了焊接應力場和應變場，它還與冶金，結晶，相變有著不可分割的聯(lián)系，使之成為影響焊接質量和生產率的主要因素之一。焊接熱過程的準確計算和測量是進行焊接冶金分析，焊接應力應變分析和對焊接過程進行控制的前提。

SYSWELD的開發(fā)最初源于核工業(yè)領域的焊接工藝模擬，當時核工業(yè)需要揭示焊接工藝中的復雜物理現(xiàn)象，以便提前預測裂紋等重大危險。隨著應用的發(fā)展，SYSWELD 逐漸擴大了其應用范圍，并迅速被汽車工業(yè)、航空航天、國防和重型工業(yè)所采用。

(資料圖)

SYSWELD簡介

SYSWELD完全實現(xiàn)了機械、熱傳導和金屬冶金的耦合計算，允許考慮晶相轉變及同一時間晶相轉變潛熱和晶相組織對溫度的影響。在具體計算中，分兩步進行，首先實現(xiàn)溫度和晶相組織的計算，然后進行機械力的計算。在機械的力計算中，已經充分考慮了第一步計算的結果，如殘余應力和應變的影響。SYSWELD的電磁模型允許模擬點焊和感應加熱，并可實現(xiàn)能量損失和熱源加載的計算模擬。SYSWELD擴散與析出模型可實現(xiàn)滲碳、滲氮、碳氮共滲模擬，先計算化學元素的擴散和沉積，然后再考慮對熱和機械性能的影響。SYSWELD的氫擴散模型能計算模擬氫的濃度，預測冷裂紋的嚴重危害。

焊接殘余應力是焊接過程中影響構件強度和壽命的主要因素之一，通過計算機仿真分析可準確分析焊接時溫度場、應力場的變化規(guī)律，焊接時構件的變形情況[10－11]。利用SYSWELD 對某零件進行激光焊接仿真分析可得出一些結果云圖，由這些云圖能夠判斷構件在焊接過程中瞬態(tài)溫度場的變化情況、構件中的應力以及焊接完成后殘余應力的分布情況。最重要的是利用SYSWELD 軟件能夠方便準確地分析焊接過程中材料金相組織的轉化情況，為激光動態(tài)焊接過程數(shù)值仿真提供理論基礎。

SYSWELD的發(fā)展歷程

法國的J.B.Leblcn對相變時的鋼的塑性行為進行了理論和數(shù)值研究,在研究的基礎上發(fā)展了SYSWELD軟件。SYSWELD的開發(fā)最初源于核工業(yè)領域的焊接工藝模擬，當時核工業(yè)需要揭示焊接工藝中的復雜物理現(xiàn)象，以便提前預測裂紋等重大危險，在這種背景下，1980年，法國法碼通公司和ESI公司共同開展了SYSWELD的開發(fā)工作.由于熱處理工藝中同樣存在和焊接工藝相類似的多相物理現(xiàn)象,所以SYSWELD很快也被應用到熱處理領域中并不斷增強和完善。隨著應用的發(fā)展，SYSWELD逐漸擴大了其應用范圍，并迅速被汽車工業(yè)、航空航天、國防和重型工業(yè)所采用。1997年，SYSWELD正式加入ESI集團，法碼通成為SYSWELD在法國最大的用戶并繼續(xù)承擔軟件的理論開發(fā)與工業(yè)驗證工作。

SYSWELD的應用的廣泛性

在焊接中，熱膨脹與收縮伴隨著金相轉變而發(fā)生，從而導致焊接過程和焊后焊件的結構變形。在SYSWELD中這些因素都可以進行模擬；焊接過程的熱效應引發(fā)熱應力(結構膨脹與收縮)，同樣可以利用SYSWELD 進行評估；通過SYSWELD，可以對焊接的內應力和金相結構進行預測，并將這些結果直接應用于產品壽命計算與分析。在許多工業(yè)上，經常將等厚或不等厚的材料焊接在一起后進行沖壓，這些材料可以相同也可以不同。采用SYSWELD 把焊接模擬的內應力和冶金特性作為初始條件加載到沖壓模擬軟件中，如PAM－STAMP 就是專業(yè)的沖壓模擬軟件。

SYSWELD的數(shù)據(jù)導入

SYSWELD的操作環(huán)境SYSWORLD也可直接建立幾何模型和生成各種網格。配合GEOMESH幾何網格工具，SYSWELD可以直接讀取UG、CATIA的數(shù)據(jù)和接受各種標準交換文件（STL、IGES、VDA、STEP、ACIS等）。SYSWELD能兼容大部分CAE系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型。如NASTRAN、IDEAS、PAM-SYSTEM、HYPERMESH等。

SYSWELD的工藝向導

獨有的向導技術是SYSWELD迅速工業(yè)化的成功秘訣。簡潔、易用而有條理的向導指示，一步一步地引導用戶完成復雜的熱物理模擬過程。模擬向導能根據(jù)不同的工藝特征，自動智能化的選擇求解器進行物理分析，系統(tǒng)主要功能模塊和模擬向導：熱處理向導、焊接向導、裝配模擬向導。

SYSWELD的模擬工具和模型設置

SYSWELD內置了一系列非常有效的工具軟件，用于獲取和校驗熱物理模擬的物理數(shù)據(jù)，如熱傳導系數(shù)校驗工具，焊接熱源校驗工具，材料CCT曲線校驗工具，材料冷卻曲線校驗工具等等。采用工具軟件，能準確地獲取模擬所需要的物理數(shù)據(jù)。

高效友好的用戶界面，用戶能將精力集中于物理問題，而非耗散在軟件使用上；獨特的工藝向導技術（Advisor）將復雜的物理問題簡單化，條理

化，事半功倍；對于工業(yè)用戶，向導模板可以解決超過95%的工業(yè)問題；對于高級用戶，高級模塊（Expert User）可以滿足各種獨特的需求，內置的SIL語言可實現(xiàn)無限的用戶接口和軟件客戶化。

SYSWELD的模擬仿真功能

熱處理是金屬產品制造必不可少的一個步驟，尤其是在汽車和航空

航天工業(yè)領域。熱處理成功的關鍵因素在于過程安全、部件變形最小并

且能夠改善耐久性。

SYSWELD是一個強大的工具,能夠用于評價真實幾何部件的熱處理工藝,可以快速提供下列基本問題的答案:熱處理工藝是否可行？所選擇的鋼種是否可行？淬火介質是否合適？與工藝容差相比，工藝視窗是否安全。部件何處硬度需要

更高？在工藝過程中是否有出現(xiàn)裂紋的危險？獲得的變形是否可以接受？殘余壓應力是否足夠高并且位置分布合理？

熱處理鋼的熱、冶金、機械性能相當復雜, 且依賴于溫度、相和碳含量。

SYSWELD有一個熱處理顧問,能夠幫助用戶快速進行數(shù)值計算。但這并不意味著仿真是簡單的, 實際上熱處理背后的物理現(xiàn)象是非常復雜的。利用SYSWELD可以非常直觀而高效地進行熱處理仿真。SYSWELD的綜合材料數(shù)據(jù)庫包括了主要的鋼種, 可用于滲碳、表面硬化處理和穿透硬化。

SYSWELD可以計算并優(yōu)化下列熱處理工藝：表面硬化處理的奧氏體化、穿透硬化的奧氏體化、淬火、等溫淬火、麻回火處理和回火。

SYSWELD能夠模擬下列熱處理工藝：

（1）表面硬化、感應、激光、電子束等；

（2）穿透硬化、直接、等溫淬火、麻回火處理等；

（3）熱化學熱處理、滲碳、滲氮、碳氮共滲等；

（4）回火。

熱處理的主要作用包括：

（1）使成本、重量和變形最小化；

（2）防止裂紋、疲勞失效和硬度不足；

（3）在早期使產品安全性最大化；

（4）優(yōu)化產品設計和制造過程；

（5）理解加熱、冷卻、轉變和結構特性；

（6）理解并可視化物理效應對硬化、變形和殘余應力的影響, 包括加熱特性、冷卻特性、轉變特性和結構特性；

（7）產品和工藝相關控制, 包括部件的形狀、加熱過程及加熱介質、冷卻過程及冷卻介質、回火過程和增加碳的含量；

（8）工程驅動的敏感性分析。

SYSWELD用于焊接數(shù)值模擬技術的發(fā)展展望

現(xiàn)今焊接數(shù)值模擬技術正進入到溫度場、電場、流場、應力應變場、組織模擬的耦合集成階段，它可以解決現(xiàn)在難度較大的專用特性問題，解決焊接缺陷問題。SYSWELD軟件正是體現(xiàn)了這些特點的應用軟件。

數(shù)值模擬技術在焊接領域已經得到廣泛應用，各有特點，應在不同場合發(fā)揮其優(yōu)點。焊接數(shù)值模擬技術的發(fā)展使焊接技術正在發(fā)生著由經驗到科學、由定性到定量的飛躍。焊接值模擬技術及進一步發(fā)展的虛擬制造技術必將廣泛地應用到焊接技術的研究及生產中，促進了國民經濟建設，推動生產制造的科學化、現(xiàn)代化、自動化進程。