熱加工過程傳輸原理論文-焊接傳熱傳質的研究-文庫吧資料
2025-06-12 08:30本頁面
【正文】 變金屬材料的過渡途徑。國內(nèi)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。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。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。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。到目前為止確定性方法已經(jīng)得到了廣泛的 發(fā)展。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。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。通過相變熱力學計算，可確定鐵素體、珠光體、貝氏體 等形核孕育時間以及轉變開始溫度 。 在攪拌摩擦焊接過程中，工具形狀、焊接參數(shù)和待焊材料直接影 響焊縫金屬的塑性流動，從而決定了焊核區(qū)、熱機械影響區(qū)、熱影響 區(qū)的大小和性能。變形層的厚度隨摩擦壓力的增大而增大。國內(nèi)在 1984 年采用了急停技術對45 鋼連續(xù)驅動摩擦焊接過程中變形層和高溫區(qū)的擴展過程進行了研究。因此，研究摩擦焊接過程中塑性金屬流動行為非常重要。摩擦焊是一個涉及溫度、力學、冶金及其相互作用的高度復雜過程，此過程中以摩擦界面處材料的塑性變形為主，界面處塑性金屬流動的產(chǎn)生以及流動行為將會影響到熱源的產(chǎn)生以及界面的擴散與動態(tài)回復再結晶，進而影響到焊接接頭的質量。下面以摩擦焊為例，研究接頭塑性金屬的流動行為。這一區(qū)域發(fā)生的主要傳輸過程有： ①純固體中的傳導：發(fā)生于熔池周圍的固體金屬和冷卻凝固后的焊縫金屬中； ②熔池內(nèi)的對流傳輸：焊接熔池在表面張力、電磁力、浮力和電弧力的作用下，熔池內(nèi)的液態(tài)金屬不但有熱和溶質的傳導，而且存在著強烈的對流旋渦運動； ③固 液相變傳熱傳質：伴隨著金屬的熔化和凝固，固 液界面處存在潛熱的吸收與釋放，并發(fā)生著溶質的再分配； ④金屬 蒸汽相變傳熱 傳質：液態(tài)金屬中的合金元素和微量表面活性元素在電弧熱的作用下發(fā)生汽化，并伴有汽化潛熱的吸收和物質的擴散對流。所以，一個完整的焊接過程數(shù)值模擬應該是焊接電弧 焊接熔池的全耦合解； ④被焊金屬中合金元素的汽化； ⑤高溫下氣體向液態(tài)金屬的溶解。其間的傳輸過程主要有： ①電弧以輻射、對
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