熱加工過程傳輸原理論文-焊接傳熱傳質的研究(編輯修改稿)
2025-07-10 08:30 本頁面
【文章內容簡介】 量百分比。由于焊接是一個不平衡 的連續(xù)冷卻過程，進行熱力學、動力學計算比較困難，而 且組織轉變過程中的部分參量尚未有明確的物理模型和數(shù)學表達式，因此，模擬 接頭微觀組織仍然十分困難。 焊接接頭微觀組織的計算機模擬方法并對其中廣泛應用的蒙特卡羅法和元胞自動機法用于晶粒生長微觀模擬的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。采用計算機模擬技術研究焊接接頭微觀組織及其變化對材料性能的影響是近年來焊接模擬技術研究領域中的熱點和前沿課題之一。 確定性方法是指在給定時刻，一定體積熔體內晶粒的形核密度和 生長速率都是確定的函數(shù)。到目前為止確定性方法已經得到了廣泛的 發(fā)展。運用確定性方法建立的模型可成功預測微觀 組織的特征，如等 軸晶的平均尺寸和柱狀晶的縱向生長等。在低合金鋼焊縫奧氏體晶粒 尺寸計算模型，該模型從晶粒長大的基本理論出發(fā)，考慮了焊接條件 下的影響因素，綜合了焊縫金屬合金元素對奧氏體晶粒長大的影響， 建立了一個在連續(xù)冷卻條件下基于碳原子擴散速率的低合金鋼焊縫 金屬奧氏體晶粒尺寸的計算模型。對于基于夾雜物惰性界面非擴散形 成的針狀鐵素體連續(xù)轉變動力學模型，該模型可以用來研究焊縫中針 狀鐵素體的轉變特征，包括轉變溫度范圍、轉變程度以及與焊縫化學 成分、工藝參數(shù)、相變溫度之間的關系、相變過程中的最大可能轉變 趨勢等。但這種方法往往忽略了與晶體學有關的各個因素，無法考察 模壁鄰近晶粒擇優(yōu)生長形成柱狀晶區(qū)，因此無法預測發(fā)生在模壁附近 的等軸晶向柱狀晶的轉變和柱狀橫截面尺寸的變化，也無法模擬晶粒 向液相區(qū)生長和柱狀晶向等軸晶的轉變等。 攪拌摩擦焊過程熱傳導和材料流動有著明顯的不對稱性，而且隨著焊接速度和攪拌頭旋轉速度的提高，這種不對稱性也在增強。最近，Nandan 等人還建立了攪拌摩擦焊接中碳鋼三維粘塑性流動和傳熱模型 ，模型采用非牛頓粘性計算了金屬的流動，文獻得到了不同深度的水平面流線 (如圖所示 )，流線顯示了近圓的存在，且為閉合的流線，這說明攪拌針周圍材料存在回流。圖中還表明材料移動主要發(fā)生在后退側。國內欒國紅等在鋁合金攪拌摩擦焊接頭行為分析中詳細介紹了 攪拌摩擦焊接頭塑性流變數(shù)值模擬所得到的結果。在攪拌頭軸肩下大 約 處，攪拌摩擦焊前進側的塑性流體結構中存在一個不穩(wěn)定區(qū) 域 紊流區(qū)。這個紊流區(qū)的存在會嚴重改變金屬材料的過渡途徑。王大勇等建立了攪拌摩擦焊過程中熱塑性軟化區(qū)的流動行為物理模 型，并將塑性軟化區(qū)分為 3 層 :軸肩附近、攪拌針上部和攪拌針下端 附近。通過模型的建立和計算得出 3 層的材料流動特征各不相同 :軸 肩附近的材料首先流入因攪拌針行進而在攪拌針后部留下的空腔內， 剩余材料則圍繞著軸肩由前進側流動到攪拌頭的后部 。攪拌針上部附 近的材料以剪切的方式從攪拌針前部流動到攪拌針后部 。而攪拌針下 12 端附近的材料以擠壓的方式從攪拌針的前部流動到攪拌針的后部。王希靖等和王訓宏等均采用 FLUENT 流體工程仿真軟件對攪拌摩擦焊焊縫金屬的塑性流動進
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