焊接熔池微觀流場形態及其對枝晶生長影響機理研究

《焊接熔池微觀流場形態及其對枝晶生長影響機理研究》是依託南京航空航天大學，由占小紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：焊接熔池微觀流場形態及其對枝晶生長影響機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：占小紅
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

本項目將開展焊接熔池微觀尺度流場與枝晶生長的計算機模擬與研究，重點研究熔池邊緣區域結晶前沿液態金屬在微觀尺度的流動規律及其速度場，研究該微觀流場與溫度場、溶質擴散過程的相互作用及其對熔池結晶過程枝晶生長影響的機理。本項目基於流體力學、結晶學與焊接冶金學原理建立焊接熔池巨觀-介觀-微觀耦合模型，實現包含焊接熔池流場、溫度場、溶質擴散過程與微觀組織演變等多物理場在多個尺度的耦合求解。.重點解決以下幾方面的問題：.1..建立焊接熔池微觀尺度流場模型，研究相應的速度場求解方法；.2..在熔池邊緣的糊狀區，根據邊界層理論處理複雜枝晶形態與液相的流場邊界問題；.3..建立焊接熔池枝晶生長模型；.4..建立包含焊接熔池微流場、溫度場、溶質濃度場與枝晶生長的多場多尺度耦合模型，實現不同尺度多場耦合求解；.5..研究焊接熔池結晶過程液相內微觀流場機理，研究熔池微對流對枝晶生長的影響機理。

結題摘要

本項目主要針對鎳基合金TIG焊接熔池凝固過程開展溫度場、微觀流場、枝晶生長的模擬，重點研究焊接熔池不同區域微觀組織演變形態、熔池邊緣區域結晶前沿液態金屬在微觀尺度的流動規律，研究微觀流場對枝晶生長、溶質擴散過程的的影響機理，深入揭示熔池凝固結晶和晶粒生長規律。本項目實現了包含焊接熔池流場、溫度場、溶質擴散過程與枝晶生長演變等多物理場的建模和求解。不僅獲得了焊接熔池一次枝晶間距、枝晶前沿溶質分布與偏析的定量研究結果，還實現了枝晶前沿微觀速度場對溶質偏析和枝晶生長的影響研究，獲取了液態金屬在焊接過程特定高冷卻速率下結晶過程的若干微觀形態並進行機理分析，為相關晶界偏析、缺陷控制和力學性能最佳化等套用研究提供了保障。 同時，本項目在後期追加了新一代航空鋁合金薄壁結構雷射焊接熔池流場與結晶形態演變的相關研究，為民用客機新型鋁合金結構雷射焊接工藝的研究奠定了基礎。