作為一種綜合性能優(yōu)異的鈦合金,TC4（Ti-6Al-4V）合金普遍應(yīng)用于制造業(yè)的各個領(lǐng)域,在鈦合金的眾多連接方法中,TIG焊因經(jīng)濟(jì)性及適用性上的優(yōu)勢,目前已占據(jù)主導(dǎo)地位,因此提高TIG焊的焊接質(zhì)量就具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。焊接質(zhì)量的提高關(guān)鍵是控制焊縫微觀組織的構(gòu)成,雖然研究人員基于大量實(shí)驗(yàn)?zāi)茉谝欢ǔ潭壬险J(rèn)知焊縫微觀組織的演變規(guī)律,但相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究要付出高昂的成本,在這一背景下,急需一種高效且成本可控的研究手段。融合近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)在材料科學(xué)領(lǐng)域的成功應(yīng)用,可為焊接質(zhì)量的控制提供新思路,使可視化分析焊縫微觀組織演變過程并為工藝參數(shù)的調(diào)整提供準(zhǔn)確指導(dǎo)成為可能。因此,焊縫微觀組織演變的數(shù)值分析已成為研究重點(diǎn)�；谀滔嚓P(guān)理論,采用CA（元胞自動機(jī)）法,建立多元合金凝固模型,并在模型穩(wěn)定性得到驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,分析了恒定過冷度及一定溫度梯度下晶粒的生長規(guī)律。研究的結(jié)果表明,溶質(zhì)富集使成分過冷加重,進(jìn)而促進(jìn)枝晶分支的產(chǎn)生,但晶粒產(chǎn)生分支的趨勢隨晶粒數(shù)減少而上升。與此同時,利用FE（有限元）計(jì)算模型分析了瞬態(tài)變化的焊接熱過程,所設(shè)計(jì)的焊接熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果一致性良好。從數(shù)值分析來看,所計(jì)算的溫度... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同焊接速度下的熔池形貌

1緒論3度嘗流體流動及焊縫幾何形狀的動態(tài)變化進(jìn)行了定量分析。圖1-3模擬與實(shí)驗(yàn)熔池形貌的對比Fig.1-3Comparisonofsimulationresultsandexperimentalresultsofmorphologyofmoltenpool國內(nèi)對焊接熱分析的研究起步相對較晚，汪建華等人[20]建立了脈沖鎢極氬弧焊的溫度場有限元計(jì)算模型。王敏等人[21]考慮潛熱，建立三維有限元模型對鈦合金板T型接頭形式的焊接溫度場進(jìn)行了研究。朱智等人[22]為了準(zhǔn)確預(yù)測攪拌摩擦焊工件的溫度場，建立考慮工件與支撐板之間熱傳導(dǎo)的計(jì)算模型，溫度場模擬結(jié)果與焊接接頭截面各區(qū)域溫度對應(yīng)良好。孫高飛等人[23]利用組合熱源對NVE690焊件混合激光弧焊的溫度場進(jìn)行了數(shù)值模擬。邵珠強(qiáng)等人[24]結(jié)合計(jì)算分析了不同工藝參數(shù)條件下激光燒結(jié)過程中熔池形態(tài)的變化規(guī)律，該研究為相關(guān)工藝參數(shù)的優(yōu)化提供了依據(jù)。賈少輝等人[25]建立界面熱導(dǎo)率的數(shù)學(xué)模型，解決了熱塑性碳纖維復(fù)合材料-不銹鋼激光焊過程中界面處熱導(dǎo)率突變的問題，提高了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。TC4合金焊接模擬研究主要集中在溫度場計(jì)算階段，Chen等人[26]通過建立EBSW溫度場的計(jì)算模型分析了其焊接溫度場隨工藝參數(shù)的變化規(guī)律。張可榮等人[27]基于對激光熔深焊特點(diǎn)的分析，通過計(jì)算探討了焊接工藝參數(shù)對匙孔形態(tài)的影響，最終得到TC4合金激光焊條件下的最佳工藝參數(shù)取值區(qū)間。Wen等人[28]應(yīng)用Fluent軟件，分析了激光焊不同焊接位置燒穿孔的形成機(jī)理，該研究方法為激光焊工藝參數(shù)優(yōu)化及缺陷控制提供了有效手段。Liu等人[29]分析了TC4合金線性摩擦焊過程中三維溫度場的變化規(guī)律。米高陽等人[30]將相變對材料性能的影響考慮到溫度場的計(jì)算模型中，提高了模擬結(jié)果的精確性。上述研究表明了焊接溫度場控制的重要性，但究其本質(zhì)，焊接溫度場始終是

苤史植冀?辛俗既返哪Ｄ猓?但CA-FE法在計(jì)算效率上表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢。Yin等人[57]采用CA-FE法建立了激光工程網(wǎng)絡(luò)成形(LENS)過程中熔池內(nèi)晶粒生長的計(jì)算模型，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果討論了不同局部冷卻條件和工藝條件下晶粒形貌的演變機(jī)制。Amir等人[58]模擬了激光熔化(lasermelting)熔池凝固過程中晶粒的競爭生長，詳細(xì)分析了激光掃描速率對微觀組織形貌的影響機(jī)理。Tian等人[59]研究了TC4合金激光沉積成形(LDS)過程中熔池的瞬態(tài)溫度場變化及其作用下熔池內(nèi)晶粒的生長，并討論了工藝參數(shù)與微觀組織形貌之間的關(guān)系，模擬結(jié)果如圖1-7所示。圖1-7不同時刻熔池溫度場與微觀組織形貌Fig.1-7TemperaturefieldandmicrostructuremorphologyofmoltenpoolatdifferenttimesZhangJ等人[60]忽略動力學(xué)過冷，將非均勻形核、擇優(yōu)生長取向等因素考慮到模型中，計(jì)算了316不銹鋼激光熔覆過程中凝固組織的演化，并討論了過冷度與晶粒生長速率之間的關(guān)系。Nie等人[61]研究了Nb-Ni基高溫合金激光增材制造過程中晶粒的形核與生長、鈮(Nb)元素的偏析以及Laves相顆粒的形成規(guī)律，并討論了冷卻條件對微觀組織演變的影響，結(jié)果如圖1-8所示。圖1-8微觀組織的演變過程Fig.1-8Theevolutionofmicrostructure在國內(nèi)，張飛奇等人[62,63]建立了TC4合金電弧增材制造凝固過程的數(shù)值計(jì)算模型，并系統(tǒng)研究了電弧增材不同階段的微觀組織演變，以及添加微量元素對形核率與生長速率的影響。韓日宏等人[64]計(jì)算了焊接過程中的傳熱傳質(zhì)過程及焊縫凝固組織形貌的演變，并進(jìn)一步分析了熔池形貌隨焊接工藝參數(shù)的變化規(guī)律以及焊縫中不同區(qū)域晶粒形貌的形成機(jī)理。占小紅等人[65]模擬了Invar合金激光熔覆過程中熔池內(nèi)晶粒的競爭生長過程，結(jié)


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