[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

权利要求书

1.一种镍基合金多道堆焊过程中枝晶生长数值模拟方法，其特征在于，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；

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：

式中：n_max为非均匀形核密度的最大值；ΔT_σ为标准曲率过冷度；ΔT_max为最大形核过冷度；

步骤2.2、晶核形成后在过冷度的作用下会不断生长，在生长过程中排出的溶质浓度为：

式中：Dl为液相扩散系数；Δt为步长时间；dx为网格尺寸；

步骤2.3、随着晶粒的长大，液相不断地转变为固相，固相率的增长用下式进行计算：

式中：k0为溶质平衡分配系数；A为扰动因子；rand()能够在[0,1]产生一个随机数；

步骤3具体按照以下步骤实施：

枝晶在生长过程中排出的溶质会导致枝晶周围液相溶质浓度升高，使液相元胞间出现较大的浓度梯度，加剧溶质的扩散，对于二维非稳态溶质扩散，采用如下控制方程：

式中：Dl、Ds分别表示液相扩散系数和固相扩散系数；

步骤4具体按照以下步骤实施：

步骤4.1、第二道堆焊时，在第一道堆焊的基础上，将焊接热源向左偏移进行第二道堆焊，产生第二道堆焊熔池；

步骤4.2、第二道堆焊的上半部分熔池形状通过以下公式建立：

R2²＝(i-i₂)²+(j-j₂)²

步骤4.3、第二道堆焊的下半部分熔池形状通过以下公式建立：

式中：(i,j)为任意一点的坐标；(i₂,j₂)为第二道堆焊的上半部分熔池顶部的坐标；(b2,c2)为第二道堆焊的下半部分熔池底部的坐标；

步骤5与步骤2的具体实施步骤相同；

步骤6和步骤3的具体实施步骤相同。

2.根据权利要求1所述的一种镍基合金多道堆焊过程中枝晶生长数值模拟方法，其特征在于，步骤7具体按照以下步骤实施：

基于步骤1～6所构建的模型编写计算机程序，将编好的程序导入模拟软件Matlab中，输入合金的热物性参数以及各种焊接工艺参数，进行计算即可得到镍基合金多道堆焊过程中枝晶生长的模拟结果。