汽车已经成为世界能源消耗和污染物排放的主要来源,而轻量化是汽车降低能耗、减少排放的最为有效的措施之一。低合金高强度钢因其碳含量低,其他合金元素少,同等强度下质量比普通碳钢轻且寿命更长,还具有良好的焊接性、较低的冷脆倾向和较好的冷热加工成型性,因此在汽车制造领域应用越来越广泛。熔化焊是低合金高强钢最常用的连接方式,其在焊接过程中容易出现化学成分和组织不均匀性,在焊接热影响区容易生成脆硬组织马氏体组织,在多重因素作用下还可能会导致焊接冷裂纹等缺陷。因此,研究低合金高强度钢焊接接头微观组织的演化过程对于焊接结构的质量与安全性评价有很重要的意义。常规的试验手段为了观察并测试焊接接头的微观组织与硬度,会对焊接件进行永久且不可逆的破坏,而采用数值计算方法来模拟和表征接头的组织不需要对结构造成任何的损伤,因此采用有限元方法来预测焊接接头组织与硬度受到了学术界和工程界的青睐。本研究以通用有限元软件ABAQUS软件为计算平台,采用Fortran语言进行编程,开发了考虑固态相变的热-冶金顺序耦合有限元计算方法来模拟低合金高强钢焊接接头的微观组织与硬度分布。本文首先以Q345钢的TIG重熔焊接接头为研究对象,建立了基于单个SH-CCT1300图（峰值温度为1300℃的焊接CCT图）的组织与硬度计算模型,使用开发的有限元计算方法模拟了热输入条件为1.4 k J/mm的焊接接头温度场分布、组织分布与硬度分布。计算结果表明:焊缝区（WM）、粗晶区（CGHAZ）和细晶区（FGHAZ）的马氏体体积分数都比较高,最高为76%,热影响区铁素体体积分数低于5%,WM、CGHAZ和FGHAZ硬度大于350HV。同时,采用实验手段测量了该焊接接头的温度热循环,观察了接头微观组织,测量了接头的显微硬度分布。WM和CGHAZ的组织主要是马氏体,FGHAZ和部分相变热影响区（ICHAZ）的组织主要为铁素体,WM和CGHAZ硬度最高,平均硬度为380HV,FGHAZ和ICHAZ硬度相对较低。将计算结果与试验结果对比可知,采用基于单个SH-CCT1300图的计算模型能有效预测WM和CGHAZ的组织与硬度,但是FGHAZ及ICHAZ的计算结果与实验结果存在较大的偏差。为了改进计算精度,本文建立了两个分别基于单个SH-CCT900图和单个SH-CCT1100图的组织与硬度计算模型和一个基于SH-CCT900图、SH-CCT1100图和SH-CCT1300图的组织与硬度计算模型,并用这三个计算模型模拟了热输入为1.4k J/mm条件下的接头组织分布与硬度分布。采用基于单个SH-CCT900的计算模型得到FGHAZ和ICHAZ交界处的组织和硬度与实验结果吻合良好,但其他区域的偏差较大;采用基于单个SH-CCT1100的计算模型得到的FGHAZ和CGHAZ交界处的组织和硬度与实验结果吻合良好,但其他几个区域偏差较大;采用基于三个SH-CCT图的计算模型得到的WM和HAZ中各个区域组织和硬度与实验结果均吻合良好。数值模拟的结果与实验结果的比较证明基于三个SH-CCT图的计算模型要比基于单个SH-CCT图的计算模型有更高的精度。随后,本文采用基于三个SH-CCT图的计算模型模拟了热输入为0.7k J/mm（较小热输入）情况下的接头组织分布与硬度分布,数值模拟得到的WM和HAZ的组织与硬度分布与实验结果吻合也较好,这说明基于三个SH-CCT图的计算模型不仅适用于大热输入焊接条件,同样也适用于较小热输入的焊接条件,进一步证明了本文开发的用于模拟低合金高强钢焊接接头的组织与硬度计算方法的有效性和妥当性。最后,本文在基于三个SH-CCT图的计算模型基础上开发了适用于多层多道焊接接头组织与硬度计算的模型,采用开发的方法计算了Q345钢两层两道焊对接接头的温度场、组织分布与硬度分布。计算结果表明:第一焊道的CGHAZ受到第二焊道热循环作用,在超临界粗晶热影响区（SCCGHAZ）和临界粗晶热影响区（ICCGHAZ）两个区域的组织与硬度在焊接过程中变化较大。本文基于有限元方法对低合金高强度钢焊接接头组织与硬度的预测进行了系统的研究,其中,建立基于三个SH-CCT图的组织与硬度计算模型的研究具有一定的科学意义,在基于三个SH-CCT图的计算模型基础上开发的多层多道焊接接头的组织与硬度计算模型的研究具有重要的工程应用价值。