Simufact Welding 概述
Simufact Welding 是海克斯康（Hexagon）工业软件体系中的专业焊接过程模拟工具，面向焊接工艺工程师提供从工艺规划到变形预测的全流程仿真能力。软件内置瞬态热-结构耦合求解方法，能够综合考虑电流、电压、焊接速度、材料属性、工装夹具的作用形式与撤离时间、冷却时间、焊接顺序以及焊缝位置等参数对焊接质量的影响，帮助用户在虚拟环境中完成焊接工艺的验证与优化。
该软件底层集成了 Marc 和 ife.weldsim 两个求解器。Marc 在非线性求解方面积累深厚，尤其擅长处理焊接过程中的大变形、接触和材料非线性问题，这使 Simufact Welding 在模拟复杂焊接场景时具备较好的收敛性和精度。相比直接使用通用有限元软件进行焊接建模，Simufact Welding 通过专业化的界面和流程封装，大幅降低了焊接仿真的操作门槛。
支持的焊接工艺与仿真能力
Simufact Welding 覆盖的焊接工艺类型相当广泛，包括激光焊、MIG、TIG、MAG、真空电子束焊、电阻焊、氩弧焊和钎焊等常见工艺。针对激光束焊，软件支持双椭球热源模型的定义与校核，用户可以设定焊接速度、热功率和效率参数，并结合生死单元技术模拟焊缝金属的填充过程。
在仿真输出方面，软件可动态显示焊接过程中任意节点的温度、变形、变形分量、热应力和应力分量等结果。焊接完成后的冷却阶段以及工装夹具卸载后的残余变形与残余应力同样在分析范围内。软件还提供焊枪监视器功能，可实时监控焊接过程中的热输入，辅助工程师快速校核热源模型与实际熔池尺寸的一致性。
边界条件设置上，Simufact Welding 提供三种类型：Bearings（支撑面接触，允许接触面内移动，常用于模拟工作台）、Fixings（六自由度全约束固定）和 Clamps（可定义刚度的力控夹具，能动态响应焊接结构变形，防止模拟过程中的错位）。这种分类方式使得工装夹具的模拟更贴近车间实际装夹状态。
求解器与网格划分技术
焊接仿真的精度在很大程度上取决于网格质量，而网格数量又直接影响求解效率。Simufact Welding 基于 Marc 求解器的非线性接触能力，支持零部件之间网格不连续——即各零件可独立划分网格，无需在接触界面保持节点耦合。这一特性不仅更真实地反映焊接过程中零件间的接触与分离行为，也大幅减少了网格划分的工作量。
软件支持四种实体网格类型：六面体单元（精度最高、数量较少）、实心壳体单元、四面体157单元（中心多一个节点且各节点具有附加压力自由度，精度优于常规四面体134单元）。针对不同几何特征，软件提供 Hexmesh（六面体）、Sheetmesh（钣金零件）、Tetmesh（四面体）和 Ringmesh（环形零件）等专用网格划分工具，也兼容 BDF、ARC 等标准网格格式的导入。
网格细化是平衡精度与效率的关键。常规做法是对焊缝区域和热影响区进行局部细化，母材区域保持较粗网格。Simufact Welding 支持三种细化层次：全局统一尺寸、焊缝附近局部细化以及随热源移动的自动细化。自动细化功能可在热源经过时动态加密周边网格，热源离开后恢复，推荐不超过两个细化级别。对于超过50万单元的大型模型，自动细化能显著降低人工操作成本。软件还提供细化框工具，允许用户手动划定局部加密区域。
在网格质量控制方面，软件建议焊缝区域单元尺寸与热源尺寸匹配——宽度方向上每边2至3个单元，长度方向3至4个单元，深度方向2至3个单元。同时应控制相邻网格尺寸比例不超过2:1，避免从焊缝处直接粗化过渡，并防止模型间的干涉穿透影响接触计算。
焊接工艺-结构一体化仿真方案
单独完成焊接工艺仿真只能获得残余应力和变形分布，但要评估这些焊接遗留效应对结构强度的影响，还需要将工艺结果引入结构分析。海克斯康产品体系为此提供了一套串联方案：Simufact Welding 完成焊接工艺仿真后，通过 Digimat-MAP 模块将残余应力（也支持变形场和温度场）映射到结构有限元网格上，再由 MSC Nastran 读取映射结果，以 istress 关键字引入初始应力，最终完成刚度、强度或动力学分析。
这套流程的核心价值在于，结构分析不再以“零应力”作为初始状态，而是以焊接完成后的真实残余状态为起点。以平板接头焊接为例，仅施加工作载荷的计算结果，与同时引入焊接残余应力后的计算结果存在明显差异——忽略残余应力可能高估或低估结构的实际承载能力。在此基础上，还可以将 Nastran 的残余应力结果传递给 CAEfatigue 作为静态应力偏置，进一步评估焊接结构在残余应力背景下的疲劳寿命。Digimat 的映射能力同样适用于铸造、冲压、模流、复合材料 RTM 等多种工艺，这条工艺-结构一体化的思路可以延伸到更广泛的制造仿真场景。
汽车行业应用验证
汽车制造是焊接仿真需求最集中的领域之一，白车身、底盘、发动机和变速箱等部件均涉及大量焊接工艺。上海大众汽车有限公司已将该软件用于实际结构件的焊接变形控制。以下两个案例展示了仿真与实测的对比效果。
第一个案例是 B 柱热成型板的激光焊接。仿真模型中导入了实际焊接夹具的工装模型，按照真实工装的作用类型、作用力和作用时间进行设置，焊接顺序和工艺参数也与现场一致。通过热源校核确保仿真熔池与实际熔池对应后，对比仿真变形与扫描结果，六个测量点中最小误差为 2.61%，最大误差为 8.13%。
第二个案例是白车身侧围门框的激光焊接。同样按照实际工装、焊接方向和工艺参数建模，仿真变形与物理扫描结果在大部分位置的误差控制在 10% 以内。其中 B 柱铰链孔附近 Y 向变形最大，预测值为 1.74mm，扫描结果为 2.00mm，相对误差约 13%，在工程仿真分析中仍属合理范围。需要说明的是，该分析尚未纳入钣金冲压成形产生的残余应力和回弹影响，而 Simufact Welding 可与 Simufact Forming 实现冲压-焊接工艺链联动，进一步逼近真实制造过程。
这些验证结果表明，Simufact Welding 在汽车结构件焊接变形预测方面具备工程可用的精度。对于焊接工艺工程师而言，通过虚拟试错替代或减少物理试错，可以在缩短研发周期的同时节约人力和材料成本。
选型与咨询建议
Simufact Welding 的版本、模块和授权方式直接影响采购成本和应用范围，不同企业的焊接工艺类型、产品结构和仿真需求差异较大。建议在选型前明确自身的主要焊接工艺（如激光焊还是电阻焊）、是否需要工艺-结构一体化仿真链路以及与现有 CAE 环境的兼容性。在软服之家平台可对比同类焊接仿真软件的功能差异，并联系正规渠道获取针对具体需求的版本推荐与报价方案。
