[发明专利]描述6xxx系铝合金熔化焊熔池中柱状晶形貌的方法

权利要求书

1.一种描述6xxx系铝合金熔化焊熔池中柱状晶形貌的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采用耦合元胞自动机-有限差分方法建立6xxx系铝合金的CA-FD模型并初始化模型参数，在CA-FD模型的计算区域中设置固相区域模拟熔池形貌；

步骤2：随着时间t的累加，温度场温度降低，通过解析法计算温度场随时间t的演化过程并储存温度数据；

温度场的计算方法为：

其中T为模拟区域的温度，T₀为初始温度，q为有效热功率，λ为热导率，v为焊接速度，a为导温系数，为当前点离热源中心的距离，x、y、z为当前点与热源中心的相对位置；

步骤3：随着时间t的累加，柱状枝晶生长，通过热力学数据和CA-FD模型中的固相分数增加量公式计算固相分数增量，标记柱状枝晶的位置并储存固相位置数据；

固相分数增加量Δf_α的计算公式为：

其中Δf_α为单个界面元胞的固相分数增加量，Δx是元胞尺寸，G是与相邻元胞状态有关的形状调节因子，Δt为一个时间步长，V_α为枝晶生长速度；

所述与相邻元胞状态有关的形状调节因子G的计算公式为：

其中S^Ⅰ和S^Ⅱ分别为计算区域中最近邻4个网格和次近邻4个网格的状态参数，m为近邻网格的标记；

所述枝晶生长速度V_α的计算公式为：

其中是平均界面动力学系数，δ_α是动力学各向异性程度，为生长角，θ_α,0为择优生长方向，ΔT_α为局部过冷度；

所述局部过冷度ΔT_α的计算方式为：

其中为平衡液相线温度，T^*为界面局部实际温度，为平均Gibbs-Thomson系数，K是平均曲率，是表面各向异性函数；

曲率K的计算方式为：其中为固相分数在模拟坐标轴y方向的偏导，为固相分数在模拟坐标轴x方向的偏导；

各向异性的计算方式为：其中ε为表面各向异性程度；

所述生长角的计算方式为：

其中为固相分数在模拟坐标轴y方向的偏导，为固相分数在模拟坐标轴x方向的偏导；

步骤4：随着时间t的累加，固相中的溶质被排出到固液界面处，溶质被均匀分配到液相中，通过CA-FD模型中溶质扩散方程计算浓度场和溶质再分配，储存浓度数据，输出所述温度数据、固相位置数据和浓度数据；

CA-FD模型中溶质扩散方程为：

其中X表示Mg或Si溶质，k表示α相或l液相，C_k(X)表示溶质浓度，D_k(X)表示扩散系数，R_k(X)是液固界面处的Si和Mg溶质在一个时间步长内的分配源项，t为实际凝固的时间，为拉普拉斯算子；

所述液固界面处的Si和Mg溶质在一个时间步长内的分配源项R_k(X)计算方式为：

其中为Si或Mg溶质在液固界面处的局部实际液相浓度，为Si或Mg溶质在α相的局部浓度，Δf_α为固相分数增加量；

步骤5：重复步骤2～步骤4，直到达到预设的迭代结束条件终止计算，得到焊熔池中6xxx系铝合金的柱状晶形貌。

2.根据权利要求1所述的描述6xxx系铝合金熔化焊熔池中柱状晶形貌的方法，其特征在于：所述步骤5中预设的迭代结束条件，具体为6xxx系铝合金的固相分数大于85％或者经过的时间步长总和大于预设的总时间步长。