[发明专利]一种镍基合金多道堆焊过程中枝晶生长数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种镍基合金多道堆焊过程中枝晶生长数值模拟方法，具体步骤如下：首先，定义第一道堆焊熔池的形状并建立枝晶的形核与生长模型，以及溶质分配与扩散模型，其次，在第一道堆焊的基础上定义第二道堆焊熔池的形状并建立枝晶的形核与生长模型，以及溶质分配与扩散模型，最后编写计算机程序，输入合金热物性参数以及各种焊接工艺参数，导入模拟计算软件，进行计算即可得到模拟结果。本发明相对于实验研究，耗费时间更短，更加节约资源与人力，能够模拟镍基合金多道堆焊过程中微观组织形貌的演变、溶质浓度分布以及焊接电流、焊接电压、热扰动振幅等参数对枝晶生长的影响，从而为镍基合金多道堆焊焊接工艺的选择与制定起到一定的借鉴作用。

技术领域

本发明属于金属材料焊接数值模拟技术领域，具体涉及一种镍基合金多道堆焊过程中枝晶生长数值模拟方法。

背景技术

多道堆焊相比较于单道堆焊焊接工艺，其第二道焊缝对第一道焊缝具有正火处理的作用。多道焊接具有改善二次组织，提高焊缝金属质量(特别是塑性)的作用，特别是省略了焊后热处理过程，缩短了生产周期，大大提高了经济效益。此外，在移动热源中大量非线性热能作用下，焊接过程中常有残余应力产生，并使显微组织发生改变，而多道焊接可以有效改善这种现象。因而多道堆焊工艺常常用于厚板焊接。目前对于多道堆焊熔池凝固组织数值模拟的报道较为少见，因此，建立一种多道堆焊熔池凝固组织数值模拟方法就尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种镍基合金多道堆焊过程中枝晶生长数值模拟方法，具有研究镍基合金多道堆焊焊缝凝固时微观组织的演变的特点。

本发明所采用的技术方案是，一种镍基合金多道堆焊过程中枝晶生长数值模拟方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：定义第一道堆焊熔池形状；

步骤2：建立第一道堆焊熔池枝晶形核与生长模型；

步骤3：建立第一道堆焊熔池溶质分配与扩散模型；

步骤4：定义第二道堆焊熔池形状；

步骤5：建立第二道堆焊熔池枝晶形核与生长模型；

步骤6：建立第二道堆焊熔池溶质分配与扩散模型；

步骤7：模拟计算及结果导出。

本发明的特点还在于：

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、第一道堆焊时，将整个模拟区域分为两个部分，上半部分熔池以外的区域定义为空气，下半部分熔池以外的区域定义为母材；

步骤1.2、第一道堆焊的上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：

R1²＝(i-i₁)²+(j-j₁)²

步骤1.3、第一道堆焊的下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：

式中：(i,j)为任意一点的坐标；(i₁,j₁)为第一道堆焊的上半部分熔池顶部的坐标；(b1,c1)为第一道堆焊的下半部分熔池底部的坐标。

步骤2具体按照以下步骤实施：

步骤2.1、在某一过冷度ΔT时所形成的晶粒密度n(ΔT)如下式所示：

dn/d(ΔT)的表达式如下：