[發(fā)明專利]一種鎳基合金堆焊熔池枝晶生長數(shù)值模擬方法

有效

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• 申請日: 2019-07-29
• 公開（公告）號: CN110489821B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張敏;郭宇飛;黃超;張文輝;董玉凡;張立勝
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/08;G06F111/10
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 王蕊轉(zhuǎn)

本發(fā)明公開了一種鎳基合金堆焊熔池枝晶生長數(shù)值模擬方法，具體步驟如下：首先對熔池形狀進(jìn)行簡化條件并建立模型，然后建立枝晶的形核與生長模型，最后編寫計算機(jī)程序，輸入合金熱物性參數(shù)以及各種焊接工藝參數(shù)，進(jìn)行計算即可得到模擬結(jié)果。本模型耗時短、節(jié)能環(huán)保、無污染，能夠模擬堆焊熔池凝固過程中枝晶的生長形貌、溶質(zhì)濃度分布、擇優(yōu)生長以及研究溫度梯度、擾動振幅、各向異性強(qiáng)度等焊接工藝參數(shù)對枝晶生長的影響，從而對改善堆焊層性能起到一定的借鑒作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料焊接工藝數(shù)值模擬方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎳基合金堆焊熔池枝晶生長數(shù)值模擬方法。

背景技術(shù)

隨著人類科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的鋼鐵材料在許多方面已經(jīng)難以滿足人們的使用要求。而鎳基合金具有良好的耐熱性、耐磨性、耐蝕性等特點(diǎn)，綜合性能良好，但是由于鎳基合金的生產(chǎn)成本較高，單純使用鎳基合金勢必會大大提高生產(chǎn)成本。堆焊作為一種材料表面改性技術(shù)，提供了一種既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的技術(shù)方法，將性能優(yōu)良但成本較高的鎳基合金借助于一定的焊接熱源熔敷到成本低廉的母材表面，從而提高母材的表面性能，滿足人們的使用要求。

由于焊接熔池凝固組織對堆焊層的性能影響很大，因此，對焊接熔池凝固組織的控制非常重要。傳統(tǒng)的焊接熔池凝固組織控制方法主要是通過對過程參量的選擇、計算等實(shí)現(xiàn)，這種方法需要大量的實(shí)驗積累，盡管這種建立在實(shí)驗基礎(chǔ)上的近似方法有助于解決一些實(shí)際問題，但它不能給出焊接熔池凝固過程中晶粒的形成及生長的具體過程。數(shù)值模擬作為一種新興的研究焊接熔池凝固過程的技術(shù)，可以精確、量化合金凝固過程中的各種現(xiàn)象與演化規(guī)律，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗方法的缺點(diǎn)。所以，建立一種鎳基合金堆焊熔池枝晶生長數(shù)值模擬方法就尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鎳基合金堆焊熔池枝晶生長數(shù)值模擬方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺少一種鎳基合金堆焊熔池枝晶生長數(shù)值模擬方法的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種鎳基合金堆焊熔池枝晶生長數(shù)值模擬方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：鎳基合金堆焊熔池形狀的簡化及建立；

步驟2：建立鎳基合金堆焊熔池枝晶的晶粒形核模型；

步驟3：建立鎳基合金堆焊熔池枝晶的晶粒生長模型；

步驟4：模擬計算及結(jié)果導(dǎo)出。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

步驟1中簡化條件包括：

簡化條件1、建模時，將整個模擬區(qū)域分為兩個部分，上半部分熔池以外的區(qū)域定義為空氣，下半部分熔池以外的區(qū)域定義為母材；

簡化條件2、焊接熔池簡化為上下兩個半圓；

簡化條件3、元胞鄰域關(guān)系采用V.Neumann型鄰域，即四鄰域；

簡化條件4、整個凝固過程只存在液相、固相和界面三種元胞狀態(tài)；

簡化條件5、本模型忽略了動力學(xué)過冷，只考慮溫度過冷、成分過冷和曲率過冷；

步驟1中鎳基合金堆焊熔池熔池形狀通過以下公式建立：

R²＝(i-i₀)²+(j-j₀)²

式中：(i,j)為熔池內(nèi)任意一點(diǎn)的坐標(biāo)；(i₀,j₀)為熔池中心的坐標(biāo)。

步驟2按照以下具體步驟實(shí)施：

步驟2.1、將模擬區(qū)域劃分為正方形網(wǎng)格，每一個網(wǎng)格即為一個元胞；