异种金属焊接构件凭借其优良的综合性能广泛用于石油化工、电站锅炉、压力容器、船舶等领域,备受人们的关注。焊接过程中,由于热输入的局部集中和不均匀加热特征,必然会产生焊接残余应力和变形,进而影响接头乃至整个焊接构件的静载强度、精度、尺寸稳定性以及应力腐蚀开裂等,降低焊接结构的承载能力和服役寿命。目前,由于实验条件和方法的局限性,国内外对焊接残余应力和变形方面的研究较少,尤其是对异种金属焊接接头残余应力和变形尚未形成系统的研究。因此,利用数值模拟对异种钢焊接温度场、残余应力和焊接变形的探讨分析,有助于弥补实验研究的不足,同时也为异种钢的焊接提供理论依据,具有非常重要的意义。本文基于SYSWELD焊接仿真软件,结合数值模拟和实验研究两种方法对8 mm中厚板Q345/316L异种钢焊接温度场、应力场和变形情况进行分析。研究结果表明,Q345/316L异种钢焊接温度场关于焊缝中心线呈不对称分布,Q345侧高温分布范围较316L侧更宽,焊缝靠近Q345侧熔合线处可能存在碳迁移现象。焊接应力场呈类似椭圆形状但不对称的分布,工件残余应力以纵向残余应力为主,残余应力峰值集中在Q345-焊缝交界区域。在中央横截面上,接头的残余应力分布较为复杂,Q345侧熔合线附近存在较大的残余应力梯度,316L侧高拉伸残余应力分布范围明显宽于Q345侧,Q345/316L异种钢接头焊后横向收缩和角变形明显。焊接热循环曲线、残余应力和变形实测结果与模拟计算结果吻合良好,验证了该数值计算的有效性和可靠性。异种钢焊接结构参数模拟结果表明,坡口形式对焊接残余应力有一定的影响,对焊接变形的影响则较为明显,从降低焊接残余应力和变形角度考虑,采用K形坡口(开口朝Q345侧)最好。V形坡口角度增大,接头残余应力分布范围变大,两侧母材靠近HAZ的横向、纵向残余应力有所增加,接头横向收缩和角变形也明显增加,但降低了焊缝及熔合线处的残余应力。异种钢焊接层数对接头残余应力影响较小,随着焊接层数增加,母材和HAZ的残余应力降低,焊缝残余应力无明显变化,但工件的变形迅速增大。焊接参数模拟计算结果表明,热输入对Q345/316L异种钢焊接接头残余应力和变形有明显影响,当热输入增大时,残余应力的大小、分布范围明显增加,构件的横向收缩、角变形也显著增加,但焊缝处的残余应力变化较小。此外,异种钢焊接层间温度对残余应力和焊接变形的影响较小,但对焊缝的冷却速率及其在敏化温度区的停留时间影响较大,层间温度增加,更容易析出碳化物和σ相,降低异种钢焊接接头的耐蚀性。