工业纯铝焊接热影响区晶粒生长的模拟研究

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1、摘要r639045工业纯铝焊接热影响区晶粒生长的模拟研究摘要焊接热影响区的平均晶粒尺寸和晶粒分布是焊接接头最主要的微观结构特征，它决定着焊接件的很多性能。因此，晶粒最终尺寸和晶粒尺寸分布的预测对焊件质量的控制起着很关键的作用。众所周知，焊接接头中晶粒生长是随机的，因此，使用一种随机性的方法来预测焊接接头最终的晶粒尺寸是一个很有意义的研究课题。本课题利用蒙特卡罗(MC)技术，以C++Buider为运行环境和二号工业纯铝L1060为研究对象，模拟和再现了焊接热影响区晶粒生长的动态过程。通过钨极氩弧焊试验，对焊接热影响区温

2、度场进行分析和研究，建立了焊接热循环曲线。将模拟的焊接热循环曲线与实际焊接热循环曲线进行对比，利用非线性模拟对模拟的焊接热循环曲线进行拟合，得到与实际热循环曲线相接近的焊接热循环曲线。通过焊接热模拟试验，利用回归分析方法确定了晶粒生长指数和激活能等参数，测出不同温度和保温条件下晶粒的大小以及微观组织的分布。运用MC法模拟了晶粒生长的动力学过程及材料微观组织拓扑学上的变化；建立了单纯晶粒生长的平均晶粒尺寸与蒙特卡罗步之间的关系，并将其生长过程做成了flash动画。模拟结果与实验结果相吻合，符合晶粒生长的动力学过程。在单

3、纯晶粒生长模型的基础上，使用焊接工艺参数和回归分析，引入焊接热循环，建立了焊接热影响区(HAZ)晶粒生长的动力学模型。以可视化界面C++Buider为运行平台，运用面向对象的方法，找出活动者在系统中的各种功能。然后根据功能定义出系统所需要的类，比较准确地、可视化地模拟出了焊接热影响区的晶粒结构、微观组织的演变过程以及晶粒尺寸的分布情况；成功地模拟了二号工业纯铝L1060焊接热影响区中有温度梯度存在时热钉扎现象对晶粒生长的影响以及不同焊接热输入、峰值温度和保温时问下晶粒的生长现象。模拟结果与实验相吻合。依据焊接参数、焊

4、接热输入、峰值温度、热钉扎现象、温度梯度对焊接热影响区晶粒生长的各种影响的模拟图，发现焊接热影响区中的晶粒度与下列参数存在很大地关系：焊接HAZ的温度梯度越大，距熔合线越远，热输入越小，热钉扎参数越大，焊接HAZ粗晶区的晶粒尺寸越小。关键词：工业纯铝，焊接热影响区，晶粒生长，蒙特卡罗技术，计算机模拟I塑塑奎兰三兰堕堡主望些丝苎——SimulationofgraingrowthintheHAZofindustrialpurealuminumAbstractBothaveragegrainsizeandgrainsize

5、distributioninHAZalethedominantmicrostructuralfeaturesofweldment．Suchfeaturesmaygovernmanypropertiesoftheweldment，suchasstrength，ductility，toughness，corrosionresistanceandSOfjnh．Accordingly，predictionofthefinalgrainsizeandgraindistributioniscrucialtoaweldingeng

6、ineer．Thenatureofgraingrowthintheweldmentisknowntobestochastic．Therefore，usingastochasticmethodtopredictthefinalgrainsizeofweldmentshouldbeconsidered．UnderthebackgroundofC++Buider,thegraingrowthprocessandkineticsofindustrialpureaiuminum(L1060)weresimulatedonthe

7、basisoftheMonteCarlo(MC)method．ThetemperaturefieldinweldingHAZWaSstudiedandanalyzed．WeldingheatCUlWewassetupbyargon—shieldedtungstenarcweldingexperiment．Thesimulatedweldingheatcyclecurvewascomparedwimtherealweldingheatcurve，TheweldingheatcyclecurvewhichWasneart

8、othepracticewasavailablebynon—linedquasianalog．ParametersofTheindexofgraingrowthandactivationenergyweredeterminedbyregressionanalysis．Grainsizeanddistributionwerepredicted，a