Ti-45％Al合金焊接熔池凝固過(guò)程的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)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(guò)程。本文將立足之前的研究，對(duì)鎢極氬弧焊下Ti-45％A1合金的焊接溫度場(chǎng)及熔池凝固過(guò)程中的枝晶生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析。
　　采用有限差分法模擬計(jì)算了Ti-45%Al合金的焊接溫度場(chǎng)，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果獲得的熱循環(huán)曲線.驗(yàn)證了溫度場(chǎng)模型的合理性?？紤]焊接熔池的凝固特點(diǎn)，采用元胞自動(dòng)機(jī)法和有限差分法建立了枝晶生長(zhǎng)模型，對(duì)Ti-45

2、%Al合金等溫場(chǎng)下熔池中心單個(gè)等軸晶、熔池邊緣柱狀晶的生長(zhǎng)形貌和溶質(zhì)分布進(jìn)行了可視化模擬，討論了不同凝固參數(shù)下枝晶的生長(zhǎng)規(guī)律。結(jié)果表明：較大的過(guò)冷度將促進(jìn)枝晶的快速生長(zhǎng)且伴隨著復(fù)雜的枝晶形貌；足夠低的各向異性會(huì)導(dǎo)致枝晶的不穩(wěn)定生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致枝晶的高分支形態(tài)且降低枝晶的生長(zhǎng)速度；在給定不同擇優(yōu)取向角時(shí)，枝晶在0°和45°時(shí)對(duì)稱性較好，而在30°和60°時(shí)對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)速度和枝晶臂間距大小，而且會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)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(shù)枝晶-胞晶-平面晶三種形態(tài)，而枝晶的生長(zhǎng)速度逐漸下降，一次枝晶臂間距也變小。
　　在枝晶生長(zhǎng)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)定了弧狀熔池模型，采用插值法稱合了焊接溫度場(chǎng)，再現(xiàn)了非均勻溫度場(chǎng)下焊接熔池內(nèi)枝晶競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)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(chǎng)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