收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Ni-Cr二元合金焊接熔池枝晶生长模拟

占小红  
【摘要】: 焊接构件中,焊缝的微观组织对焊接接头的性能有着重要影响。焊缝的一次组织,直接影响晶粒形态、宏观及微观偏析程度以及凝固裂纹等缺陷的形成,而这些又对焊接接头的力学性能起着决定性的作用。然而,由于焊接过程是一个不平衡过程,具有高温、瞬时性等特点,基于实验实时观察和检测焊接接头中的微观组织演变过程目前还难以实现。因此,焊缝凝固过程中微观组织演变的研究是一个重要而复杂的领域。目前焊接组织模拟研究主要集中在焊缝固态相变、焊接热影响区组织模拟等领域,并取得了可喜的研究成果。但是,关于焊缝凝固过程微观组织演变数值模拟研究多处于理论探索阶段,成熟的模拟成果目前尚未见到系统的报道。 本文采用元胞自动机与有限差分相结合的技术,构建了宏观-微观耦合CA-FD(cellular automaton-finite difference)模型,对Ni-Cr二元合金焊接熔池内的枝晶生长过程进行了模拟。首先,建立了平板TIG焊接温度场模型,运用有限差分方法计算了焊接构件宏观尺度的温度场,并对该温度场计算结果进行了实验校核。其次,在选定的计算区域内,对宏观温度场进行插值从而获得微观尺度温度场。在此微观温度场的基础上,根据其与溶质扩散场、微观组织演变过程的相互作用,模拟焊接熔池内的枝晶生长过程。 以枝晶尖端生长前沿溶质守恒为基础,基于枝晶尖端生长动力学理论,运用元胞自动机方法,建立了焊接熔池枝晶生长模型。为了尽可能反应焊接熔池凝固结晶过程的物理本质,在该模型建立过程中,引进了动力学过冷度,考虑了非平衡溶质分配系数随生长速度的变化,并使用了随溶质浓度变化的液相线斜率。为了模拟具有不同结晶学主轴的晶粒的生长过程,本文进一步提出了“对角线模拟角度”的方法,完善了元胞自动机中的演变法则。 针对选用的GH3030近似二元合金,运用宏观-微观耦合的CA-FD模型,模拟了焊接熔池凝固结晶过程中不同区域的枝晶生长形态。模拟了其TIG焊熔池中心等轴晶和熔池边缘柱状晶的生长,并模拟了等轴晶与柱状晶竞争生长的形态。模拟结果再现了焊接熔池凝固过程中不同时刻的枝晶形态和溶质浓度分布特点,以及不同树枝晶之间的竞争生长。基于模拟结果分析了熔池结晶过程枝晶生长的特点。分析表明,针对本文的材料和焊接方法,熔池中枝晶间的竞争生长剧烈,枝晶形态复杂,晶界偏析严重;同时,晶界偏析在柱状晶和等轴晶相互作用的区域更为显著。 本文进一步研究了不同焊接条件对焊缝一定范围内一次枝晶间距的影响,重点考察了焊接速度和形核条件的变化对平均一次枝晶间距的影响。模拟结果显示:对于一定的形核条件,焊接熔池边缘柱状晶的平均一次枝晶间距随焊接速度增加而变小;对于不同的形核数量,平均一次枝晶间距在一定的焊接速率下有收敛于一定值的趋势。 此外,建立了焊接熔池二次枝晶间距的近似解析计算模型,通过该解析式建立了焊接工艺参数与熔池二次枝晶间距之间的关系。对于焊接熔池中相邻一次枝晶轴之间二次枝晶的生长过程,本文基于成分过冷理论对二次枝晶生长的条件进行了深入的分析。 同时,进行了焊缝组织金相分析,获取了焊接熔池结晶形态金相照片,进一步测量了焊缝二次枝晶间距的最大值和最小值。将实验结果与模拟结果进行对比分析表明,模拟结果在形态上逼真,与实验结果吻合;进一步的定量分析显示,二次枝晶间距的模拟值与实验值在一定程度上吻合,验证了本文所建立模型和模拟过程的合理性和可行性。 在上述研究的基础上,本文初步设计了焊接熔池枝晶生长模拟软件系统。该系统包括温度场的计算、枝晶生长计算、后处理等三部分。其中,温度场的计算用于实现部分前处理功能以及完成焊接过程宏观温度场的求解;枝晶生长计算模块实现了焊接熔池中不同区域的晶粒生长过程的模拟;后处理模块用以将计算结果以图形和曲线的形式显示给用户。该系统为进一步建立焊缝微观组织演变模拟软件平台奠定了基础。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;焊接热过程和冶金过程[J];机械制造文摘-焊接分册;2001年01期
2 徐庆鸿;;日本大阪大学焊接研究所荒田吉明所长一行来华参加哈工大校庆活动[J];焊接学报;1980年03期
3 ;焊接热过程和冶金过程[J];机械制造文摘-焊接分册;1999年05期
4 ;熔焊[J];机械制造文摘-焊接分册;2001年02期
5 王建春;贾国生;赵彦华;杨海龙;赵海峰;武红军;代冀光;;120t转炉托圈制造工艺分析[J];冶金设备;2007年02期
6 范芳蕾;李亮玉;周鑫;姜海珍;岳建峰;;基于VC++与Matlab混合编程的焊接熔池图像处理[J];天津工业大学学报;2007年04期
7 解生冕;赵朋成;黄石生;文元美;;双丝共熔池GMAW焊接熔池流场和温度场的计算机模拟[J];自动化技术与应用;2008年07期
8 袁尤智;汪岩峰;刘晓瑞;;基于FLUENT的TIG焊三维熔池热场与流场的数值模拟[J];江西科学;2008年06期
9 马克阳;;开辟舒适焊接的新纪元[J];金属加工(热加工);2009年10期
10 董志波;马瑞;王勇;占小红;魏艳红;;镍基合金焊接熔池凝固组织模拟[J];焊接学报;2010年10期
11 杨清波;段同义;唐文凭;;浅谈技能竞赛中仰板的X射线探伤合格率[J];科技与企业;2011年04期
12 曹振宁;武传松;吴林;;TIG焊接熔池表面变形对流场与热场的影响[J];材料科学与工艺;1992年Z1期
13 刘习文;王国荣;石永华;钟继光;;焊接熔池传感与控制系统的研究现状[J];焊接;2005年11期
14 李力;胡绳荪;殷凤良;马立;;等离子弧焊接熔池温度场的三维数值模拟[J];天津大学学报;2007年10期
15 汪岩峰;刘南生;林浩亮;袁尤智;;基于结构光投影的焊接熔池图像获取与处理[J];焊接学报;2008年10期
16 肖冯;米彩盈;;T型角接头焊接热源模型研究[J];电焊机;2010年06期
17 杨春利,张九海,王其隆;TIG焊熔池外激谐振与熔透的关系[J];焊接学报;1990年04期
18 ;熔焊[J];机械制造文摘-焊接分册;1995年01期
19 李永兵,王雅生,陈关龙,林忠钦;外加纵向磁场移动焊接熔池流场和传热耦合分析[J];西安交通大学学报;2003年05期
20 ;不锈钢TIG焊要点及注意事项[J];酒钢科技;2005年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 高洪明;吴林;董红刚;王明启;刘占先;;浮力在焊接熔池流体流动中的作用[A];第十次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2001年
2 薛忠明;杨广臣;张彦华;;焊接熔池三维热流耦合分析数学模型[A];第十次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2001年
3 郎玉友;陈善本;林涛;陈文杰;;基于视觉传感弧焊机器人焊接熔池实时控制[A];第十一次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2005年
4 姜静威;刘庆忠;曹红霞;单忠彬;;克拉2中央气田Cr22双相不锈钢管道焊接工艺研究与应用[A];第四届石油工程焊接技术交流研讨会论文集[C];2006年
5 朱嘉琦;王洪亮;王铁钧;闫卫东;;用摄相法测定焊接熔池尾部凝固裂纹启裂的临界局部应变[A];第十次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2001年
6 罗键;吴毅雄;王雅生;贾昌申;薛锦;;电磁搅拌焊接熔池流体流动行为的研究[A];第十次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2001年
7 王永军;卞如冈;张爱锋;;高强度钢焊接残余应力数值计算方法初探[A];2005年船舶结构力学学术会议论文集[C];2005年
8 赵冬斌;陈善本;吴林;;脉冲GTAW填丝过程中焊接熔池表面高度的提取[A];第九次全国焊接会议论文集(第2册)[C];1999年
9 高进强;张敏;武传松;;MAG焊接熔池的激光频闪视觉检测[A];第十一次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2005年
10 段爱琴;陈俐;胡伦骥;;CO_2激光焊接熔池特征与输入线能量的关系研究[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马瑞;镍基合金焊接熔池凝固过程微观组织模拟[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 马瑞;镍基合金焊接熔池凝固过程微观组织模拟[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 赵玉珍;焊接熔池的流体动力学行为及凝固组织模拟[D];北京工业大学;2004年
4 占小红;Ni-Cr二元合金焊接熔池枝晶生长模拟[D];哈尔滨工业大学;2008年
5 雷玉成;焊接熔池动态过程及电弧能量分布的数值模拟[D];江苏大学;2006年
6 卢振洋;焊缝咬边形成机理及高速焊工艺研究[D];北京工业大学;2006年
7 徐艳利;SUS316和NIMONIC263焊接接头晶粒长大MONTE CARLO模拟[D];哈尔滨工业大学;2008年
8 黄勇;铝合金活性TIG焊接法及其熔深增加机理的研究[D];兰州理工大学;2007年
9 李云峰;铜包铝线坯高速TIG焊工艺与焊缝跟踪及熔宽控制[D];吉林大学;2008年
10 李玉斌;铍激光焊接性研究及焊接过程微观组织模拟[D];中国工程物理研究院;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 霍丹;焊接熔池中的流体力学方程数值模拟研究[D];沈阳工业大学;2011年
2 张晓雯;铝合金MIG焊熔池视觉信息检测及处理系统[D];兰州理工大学;2004年
3 陈小伟;X70管线钢埋弧焊焊接热循环参数的数值模拟及应用[D];燕山大学;2006年
4 马立;等离子弧焊接熔池流场与温度场三维数值模拟[D];天津大学;2006年
5 吴杨;铝合金双丝焊接熔池图像采集与特征分析[D];南京理工大学;2007年
6 落艳兰;空冷贝氏体辙叉钢焊接性能研究[D];西华大学;2007年
7 张健;薄板高速TIG焊温度场的数值模拟[D];天津大学;2007年
8 张玲;CLAM钢焊接温度场与应力场的三维数值模拟[D];江苏大学;2008年
9 郑相锋;基于形态学的焊接区熔池图像的处理与识别[D];合肥工业大学;2006年
10 陈磊;大功率激光焊接熔池特性数值模拟[D];兰州理工大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978