焊接是钢结构制造中最常用的连接工艺。焊接过程中，电弧以极高的热流密度作用于工件局部，使焊缝区金属瞬间升温至熔化（钢约 1500 °C），随后快速冷却。这种剧烈的热循环在焊接接头及热影响区（HAZ）产生复杂的温度场，直接决定显微组织演变（奥氏体化、晶粒长大、马氏体/贝氏体转变）、残余应力分布与变形。因此，准确预测焊接温度场是焊接工艺设计与质量控制的基础。
焊接温度场是典型的移动热源三维瞬态导热问题，其解析求解极为困难。有限元方法可数值求解瞬态热传导方程，模拟热源移动、温度累积与冷却过程，获得任意时刻的完整温度场与指定点的热循环曲线（温度-时间曲线），为金相分析、残余应力计算与焊接变形预测提供温度载荷输入。
焊接温度场由瞬态热传导方程控制：ρc·∂T/∂t = ∇·(λ∇T) + Q，其中 ρ 为密度、c 为比热、λ 为导热系数、Q 为焊接热源输入。边界条件包括对流换热（工件表面与空气）与辐射换热（高温时显著）。热物性随温度变化（高温下导热率、比热显著改变），因此方程非线性。
焊接热源沿焊缝移动，常用双椭球体热源模型（Goldak 模型）描述电弧热量在工件中的体积分布：前半椭球与后半椭球分别用不同参数表征能量密度分布，热输入 Q = ηUI（η 为热效率、U 为电压、I 为电流）。热源以焊接速度 v 沿焊缝平移，在每个时间步施加于相应位置。
焊接热循环的关键参数包括：峰值温度 T_peak、加热速率、高温停留时间 t_8/5（从 800 °C 冷却到 500 °C 的时间，决定 HAZ 组织）与冷却速率。钢的相变临界温度 A1 = 723 °C（奥氏体开始形成）、A3 ≈ 850 °C 是评估热影响区组织转变的参考温度：峰值温度超过 A3 的区域发生完全奥氏体化，后续冷却决定最终组织。
图 19 的左面板给出焊接某时刻（热源位于板中）的温度场云图。热源中心温度最高，熔池区域超过 1500 °C（红色核心），向外温度梯度递减：热影响区（1000–723 °C，橙色-黄色）、母材低温区（蓝色）。温度场呈典型的”彗星尾”形态——热源前方等温线密集（陡峭的温度梯度）、后方拖出长长的尾迹（已焊区域的缓慢冷却），这是移动热源的标志性温度场特征。等温线的疏密直观反映了温度梯度大小：梯度越大，热应力与组织转变越剧烈。
图 19 的右面板给出焊缝中心线上三个特征点的热循环曲线（温度-时间曲线，红色为焊缝中心、蓝色为热影响区近缝区、绿色为距焊缝较远的母材）。焊缝中心点峰值温度达 1375 °C（红色标注），超过钢的液相线（约 1500 °C 略低），金属处于熔融-半熔融状态；热影响区近缝点峰值约 1050 °C，超过 A3（850 °C）但未熔化，发生完全奥氏体化，冷却后形成细晶或淬硬组织；母材远端峰值约 450 °C，低于 A1（723 °C），组织基本不变。三条曲线的峰值温度逐级降低、峰宽逐渐增大，完整呈现了焊接热影响区的”温度分层”特征。由此可计算 t_8/5 冷却时间（约 12 s），评估 HAZ 淬硬倾向，为预热工艺选择提供依据。
两面板结合，左面板给出热源移动过程中的瞬时温度场（空间分布），右面板给出特征点的热循环曲线（时间历程），共同构成焊接温度场的完整刻画，为后续残余应力计算、组织预测与焊接变形分析提供精确的温度输入。
本项目对钢板对接焊进行了三维瞬态有限元温度场分析，焊缝中心峰值温度 1375 °C，热影响区峰值 1050 °C（超 A3），母材远端 450 °C（低于 A1），t_8/5 冷却时间约 12 s。案例图以温度场云图与热循环曲线双面板呈现。
后续可拓展：(1) 将温度场结果作为热载荷耦合进结构分析，计算焊接残余应力与变形；(2) 结合 CCT 曲线预测 HAZ 显微组织与硬度；(3) 优化焊接参数（电流、速度、预热温度），控制热循环以改善接头性能。
