图3-3
图3-4
图3-5是平板在如图所示节点方向上从焊接开始到焊后冷却整个过程的温度曲线。
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图3-5
3.2.2 温度场的对比分析
从图3-1、3-2、3-3我们可以看到，平板的初始温度为200℃，即焊前预热温度。在焊接过程中试板上形成稳定的温度场，图上等温线的形状呈现为以焊接方向为长轴的近似1/4椭圆形。焊接热源前方等温线密集，温度梯度大，后方等温线稀疏，温度梯度小。焊接熔池形状为双椭球形，试板焊缝处附近的温度场成梯度分布，温差较大；由于试板只有5mm厚，所以远离焊缝部分的温差很小。
从图3-4可看到焊后冷却后形成的温度场，冷却后平板温度大概在168℃左右。 从图3-5可以看出在如图所示所选节点处，即焊缝3/4熔深处，温度达到了45#钢的熔点1350℃，说明平板焊透。同时图显示了该点从焊接开始到焊后冷却结束的温度轨迹。
3.3 应力场的的模拟与分析
焊接应力场的计算是包括塑性、非线性等多方面因素影响的热弹塑性问题，比一般的弹性和弹塑性问题要复杂的多。在焊接过程中，焊缝附近最高温度可达到焊材的沸点，离开热源后温度急剧下降。试板由于焊缝厚度方向上的温度分布不均，产生了热应力，如果不均匀温度场所造成的内应力达到焊接材料的屈服极限，会使局部区域产生塑性变形。当温度回复到室温下后，就产生新的内应力。这种内应力是温度恢复室温后残存在物体中的，称之为残余应力。如果温度升高，使局部金属发生相变，伴随这种相变所出现的体积变化将产生新的内应力。当温度恢复到初始状态下，如果相变产物保留下来，
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那么就会产生相变应力，它也是残余应力的一种。?16?
一般把焊缝方向的应力成为纵向应力，用σz表示。主要由于焊缝冷却时的纵向收缩而产生的应力，在某些情况下有相反的相变过程叠加。垂直于焊缝方向的应力称为横向应力，用σx表示，其产生的主要原因是来自焊缝冷却时的横向收缩。另外，表面和内部不同的冷却过程，以及可能叠加的相变过程也是影响因素。?16?
在工程实践中，纵向残余拉应力往往达到材料的屈服极限σs，横向残余应力峰值要低于材料的屈服极限σs，而残余拉应力正是焊接区的塑性收缩受到附近母材的拘束作用而不能自由收缩造成的?16?。本文应力场只讨论等效残余应力。
3.3.1 等效应力分布
图3-6、图3-7、图3-8分别是方案1方案2方案3在焊中8.5s和焊完冷却后的等效应力场分布。 方案1：
图3-6
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方案2：
图3-7
方案3：
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图3-8
这组图清楚的显示了焊接过程中等效应力的动态分布情况。在焊接过程中，等效应力的最大值是随着热源的移动而移动，象征最大值的黄色区域总是在熔池附近和拘束点附近，这是试板受热膨胀而产生的应力。当平板冷却到168℃左右的状态时，应力最大值处于试板的焊缝、焊缝两端和拘束点附近，并且呈梯度分布，这是由于这些部分受热膨胀产生的应力较大，从而冷却收缩后的残余应力也最大。由此可以判断在焊接时熔池附近部分和拘束点附近最容易产生屈服变形，且焊后存在较大的残余应力。
3.3.2 等效应力的对比分析
图3-9、图3-10是方案1、2、3分别在8.35s和焊完冷却后焊缝中心OI上各点的等效应力分布曲线对比。（图中横坐标表示各点到焊接时起点O的距离）
8.5s时等效应力分布14012010080604020015913172125293337414549焊缝纵向节点数等效应力值方案1方案2方案3
图3-9
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