Ti-45％Al合金焊接熔池凝固過程的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和凝固理論的不斷完善，采用數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)可以清晰地再現(xiàn)焊接熔池凝固的物理過程。本文將立足之前的研究，對鎢極氬弧焊下Ti-45％A1合金的焊接溫度場及熔池凝固過程中的枝晶生長過程進行數(shù)值模擬分析。
　　采用有限差分法模擬計算了Ti-45%Al合金的焊接溫度場，通過對比試驗結(jié)果和模擬結(jié)果獲得的熱循環(huán)曲線.驗證了溫度場模型的合理性?？紤]焊接熔池的凝固特點，采用元胞自動機法和有限差分法建立了枝晶生長模型，對Ti-45

2、%Al合金等溫場下熔池中心單個等軸晶、熔池邊緣柱狀晶的生長形貌和溶質(zhì)分布進行了可視化模擬，討論了不同凝固參數(shù)下枝晶的生長規(guī)律。結(jié)果表明：較大的過冷度將促進枝晶的快速生長且伴隨著復雜的枝晶形貌；足夠低的各向異性會導致枝晶的不穩(wěn)定生長，從而導致枝晶的高分支形態(tài)且降低枝晶的生長速度；在給定不同擇優(yōu)取向角時，枝晶在0°和45°時對稱性較好，而在30°和60°時對稱性較差；初始形核數(shù)增加，柱狀晶間距減小，高次枝晶生長受限，出現(xiàn)胞枝混合現(xiàn)象；冷卻速

3、率不僅影響著枝晶的生長速度和枝晶臂間距大小，而且會導致嚴重的溶質(zhì)偏析；逐漸增大溫度梯度，固/液界面將依次形成樹枝晶-胞晶-平面晶三種形態(tài)，而枝晶的生長速度逐漸下降，一次枝晶臂間距也變小。
　　在枝晶生長模型的基礎上，設定了弧狀熔池模型，采用插值法稱合了焊接溫度場，再現(xiàn)了非均勻溫度場下焊接熔池內(nèi)枝晶競爭生長及溶質(zhì)分布的模擬，分析了不同焊接工藝因素下枝晶的形態(tài)變化。結(jié)果表明：非均勻溫度場下熔池內(nèi)的組織主要呈柱狀和等軸狀形態(tài)；更高的熱輸