焊接熔池凝固過程枝晶生長(zhǎng)模擬研究.pdf

1、焊接構(gòu)件中，焊接接頭的力學(xué)性能主要由焊縫微觀組織決定。而焊接過程中熔池組織變化劇烈、形成時(shí)間短，傳統(tǒng)基于實(shí)驗(yàn)方法研究其凝固過程微觀組織演變不僅耗資、耗時(shí)，而且難以實(shí)現(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展及凝固、相變理論的不斷完善，數(shù)值模擬研究焊縫微觀組織演變成為可能。
　　 本文立足于前期研究基礎(chǔ)，通過有限差分法和元胞自動(dòng)機(jī)法相結(jié)合，首先對(duì)低合金鋼埋弧焊焊接熱過程及其熔池凝固過程枝晶生長(zhǎng)物理數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，然后探索焊接過程中的溫度分布規(guī)

2、律及焊接工藝、板厚的影響作用，在此基礎(chǔ)上，將熔池凝固體系理想化，對(duì)焊縫中心處的等軸晶、熔池邊緣到焊縫中心區(qū)域的柱狀晶生長(zhǎng)形態(tài)、溶質(zhì)分布進(jìn)行了模擬研究。與此同時(shí)，考察了不同過冷度、擾動(dòng)振幅、溶質(zhì)濃度對(duì)等軸晶生長(zhǎng)的影響與不同溫度梯度和凝固速率對(duì)柱狀晶生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明：1)焊接過程中，焊接接頭各點(diǎn)的溫度不斷變化，某一瞬時(shí)各部分受熱的溫度分布是一系列近似橢圓形的等溫線。隨著時(shí)間的推移，等溫線的長(zhǎng)度和寬度逐漸變大，并沿著焊接方向移動(dòng)。而焊接工

3、藝和焊件板厚對(duì)溫度場(chǎng)分布的影響與實(shí)際焊接熱過程吻合良好；2)單個(gè)等軸晶生長(zhǎng)過程中，枝晶沿著擇優(yōu)生長(zhǎng)方向快速生長(zhǎng)，其上二次、三次枝晶競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)激烈，同時(shí)固液界面前沿溶質(zhì)富集嚴(yán)重，形成顯微偏析；多晶粒在有限的液相區(qū)域內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，最終形成大小、形狀不一的晶體，殘留液相形成晶界偏析。不同過冷度、擾動(dòng)振幅、溶質(zhì)濃度對(duì)等軸晶生長(zhǎng)的影響較大；3)柱狀晶在凝固初期建立穩(wěn)定邊界層，隨著凝固的進(jìn)行，邊界層上突起的小尖端競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，成為柱狀晶生長(zhǎng)主軸。在生長(zhǎng)過程