焊接构件中，焊接接头的力学性能主要由焊缝微观组织决定。而焊接过程中熔池组织变化剧烈、形成时间短，传统基于实验方法研究其凝固过程微观组织演变不仅耗资、耗时，而且难以实现。随着计算机技术的迅猛发展及凝固、相变理论的不断完善，数值模拟研究焊缝微观组织演变成为可能。　　 本文立足于前期研究基础，通过有限差分法和元胞自动机法相结合，首先对低合金钢埋弧焊焊接热过程及其熔池凝固过程枝晶生长物理数学模型进行分析，然后探索焊接过程中的温度分布规律及焊接工艺、板厚的影响作用，在此基础上，将熔池凝固体系理想化，对焊缝中心处的等轴晶、熔池边缘到焊缝中心区域的柱状晶生长形态、溶质分布进行了模拟研究。与此同时，考察了不同过冷度、扰动振幅、溶质浓度对等轴晶生长的影响与不同温度梯度和凝固速率对柱状晶生长的影响。结果表明：1)焊接过程中，焊接接头各点的温度不断变化，某一瞬时各部分受热的温度分布是一系列近似椭圆形的等温线。随着时间的推移，等温线的长度和宽度逐渐变大，并沿着焊接方向移动。而焊接工艺和焊件板厚对温度场分布的影响与实际焊接热过程吻合良好；2)单个等轴晶生长过程中，枝晶沿着择优生长方向快速生长，其上二次、三次枝晶竞争生长激烈，同时固液界面前沿溶质富集严重，形成显微偏析；多晶粒在有限的液相区域内竞争生长，最终形成大小、形状不一的晶体，残留液相形成晶界偏析。不同过冷度、扰动振幅、溶质浓度对等轴晶生长的影响较大；3)柱状晶在凝固初期建立稳定边界层，随着凝固的进行，边界层上突起的小尖端竞争生长，成为柱状晶生长主轴。在生长过程中的溶质主要集中在柱状晶两侧残留液相区及枝晶臂尖端附近；焊缝处柱状晶在边缘大量形核并沿着温度梯度方向长大，相邻柱状晶相遇，便停止生长。此外，温度梯度和凝固速率的不同对柱状晶生长也有很大的影响。　　 通过上述对低合金钢焊接热过程及熔池凝固过程枝晶生长的模拟研究，可为焊接工艺制定及焊接凝固组织控制提供数据支持，进而对焊接材料成分设计及相应工艺方法的确立奠定基础。