焊接熔池凝固過程枝晶生長模擬研究.pdf

1、焊接構件中，焊接接頭的力學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、形成時間短，傳統(tǒng)基于實驗方法研究其凝固過程微觀組織演變不僅耗資、耗時，而且難以實現(xiàn)。隨著計算機技術的迅猛發(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，通過有限差分法和元胞自動機法相結合，首先對低合金鋼埋弧焊焊接熱過程及其熔池凝固過程枝晶生長物理數(shù)學模型進行分析，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，在此基礎上，將熔池凝固體系理想化，對焊縫中心處的等軸晶、熔池邊緣到焊縫中心區(qū)域的柱狀晶生長形態(tài)、溶質分布進行了模擬研究。與此同時，考察了不同過冷度、擾動振幅、溶質濃度對等軸晶生長的影響與不同溫度梯度和凝固速率對柱狀晶生長的影響。結果表明：1)焊接過程中，焊接接頭各點的溫度不斷變化，某一瞬時各部分受熱的溫度分布是一系列近似橢圓形的等溫線。隨著時間的推移，等溫線的長度和寬度逐漸變大，并沿著焊接方向移動。而焊接工

3、藝和焊件板厚對溫度場分布的影響與實際焊接熱過程吻合良好；2)單個等軸晶生長過程中，枝晶沿著擇優(yōu)生長方向快速生長，其上二次、三次枝晶競爭生長激烈，同時固液界面前沿溶質富集嚴重，形成顯微偏析；多晶粒在有限的液相區(qū)域內競爭生長，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、擾動振幅、溶質濃度對等軸晶生長的影響較大；3)柱狀晶在凝固初期建立穩(wěn)定邊界層，隨著凝固的進行，邊界層上突起的小尖端競爭生長，成為柱狀晶生長主軸。在生長過程