[发明专利]镍基合金焊接熔池相变的模拟方法

权利要求书

1.镍基合金焊接熔池相变的模拟方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、基于传热学原理，构建焊接瞬态温度场模型；

步骤2、利用相变原理，构建焊缝金属相变模型；

步骤3、利用插值原理，耦合焊接瞬态温度场模型与焊缝金属相变模型，形成镍基合金焊接熔池相变的计算模型；

步骤4、进行数值计算，获得模拟图像。

2.根据权利要求1所述镍基合金焊接熔池相变的模拟方法，其特征在于，步骤1具体过程为：

步骤1.1、选定焊接熔池，根据焊接熔池的实际参数设定焊接熔池的边界约束、表面热通量，并选择焊接熔池的热源模型；

步骤1.2、根据传热学原理，焊件导热方程如下式所示：

式中：表示焊接熔池的温度变化，x、y表示焊接熔池上的位置坐标，ρ为材料密度，c为材料比热容，λ为材料热导率，q表示焊接熔池表面热通量；

步骤1.3、将焊件导热方程和热源模型作为焊接瞬态温度场模型。

3.根据权利要求2所述镍基合金焊接熔池相变的模拟方法，其特征在于，步骤1.1中所述热源模型为高斯热源模型，高斯热源模型面上任意一点的热通量表示为：

式中：l为任意一点距热源中心的距离；r为激光光斑半径，q_m表示输入的激光功率。

4.根据权利要求1所述镍基合金焊接熔池相变的模拟方法，其特征在于，步骤2具体过程为：

步骤2.1、简化焊缝金属相变模型的中合金成分；

步骤2.2、镍基合金冷却过程中，发生L＝γ+NbC+Laves相变，建立温度-相变的数学模型，即焊缝金属相变模型表示：

F_γ(i,j)＝a^*T(i,j)+b

式中：F_γ(i,j)表示微观单元(i,j)的γ相的含量；(i,j)表示微观单元(i,j)的温度；a和b表示实常数，其数值大小与温度有关。

5.根据权利要求1所述镍基合金焊接熔池相变的模拟方法，其特征在于，步骤2.1具体过程为：多元合金镍基合金在相变过程中只保留成分镍和铬，其余成分忽略。

6.根据权利要求1所述镍基合金焊接熔池相变的模拟方法，其特征在于，步骤3具体过程为：

步骤3.1、采用线性插值的方法，将焊接瞬态温度场模型与焊缝金属相变模型进行耦合，计算该镍基合金的计算域内相变，具体的计算公式由下式表示：

式中：T_x为任意一微观单元x的温度；L_i为微观单元x距周围宏观单元节点的距离；T_i为微观单元x周围的宏观单元节点的温度；

步骤3.2、设定元胞形状为正方形，所以Δx＝Δy，利用差分原理对焊件导热方程进行转变，形成镍基合金焊接熔池相变的计算模型，表达式为：

式中：为n时刻元胞(i,j,)的温度，则为n+1时刻的温度，分别为元胞(i-1,j,)、(i+1,j,)、(i,j-1,)、(i,j+1,)、在n时刻的温度。

7.根据权利要求1所述镍基合金焊接熔池相变的模拟方法，其特征在于，步骤4具体过程为：将镍基合金焊接熔池相变的计算模型输入MATLAB软件中，并输入过冷度、焊接速度、液相点温度、液相线斜率、初始浓度，得到模拟图像。