铝/钢异种金属焊接接头界面形成机理研究

发布时间：2021-11-10 20:52

　　本文针对铝/钢异种金属焊接过程中接头界面上微观组织演变机理的分析难题,以脉冲旁路耦合电弧GMAW（Pulsed Double-electrode gas metal arc welding,Pulsed DE-GMAW）方法对铝/钢实施焊接,基于蒙特卡罗（Monte Carlo,MC）及元胞自动机（Cellular Automaton,CA）模型的优点,建立起多物相、多取向数值模型对铝/钢Pulsed DE-GMAW焊接界面微观组织的演变机理进行探究,并辅助以实验分析对模型进行验证分析。在MC模拟晶粒生长方法的基础上,提出晶体形核与生长优先取向方法,即提出优先生长取向因子,优先取向因子影响效应借鉴CA方法,即建立双层网格MC模型。采用该方法来建立格点跟踪模型,对晶体从液相中形核到长大的整个连续过程进行了模拟研究,通过格点跟踪方法对模拟过程中固相分数的变化情况和晶粒大小进行统计分析。研究结果表明所建立的模型能很好的反映晶粒形核与生长过程,所构建的格点跟踪方法可以精确的统计固相分数及晶粒大小的变化情况,模拟过程中固相分数的变化与蒙特卡罗步（Monte Carlo Steps,MCS）之间满... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 铝/钢焊接的技术现状
        1.2.1 铝/钢压焊
        1.2.2 铝/钢钎焊
        1.2.3 铝/钢熔钎焊
    1.3 铝/钢异种金属接头界面行为的研究现状
    1.4 物相数值模拟研究现状
        1.4.1 相场法在焊接模拟的应用现状
        1.4.2 元胞自动机在焊接模拟的应用现状
        1.4.3 蒙特卡罗在焊接模拟的应用现状
    1.5 课题研究内容及技术路线
        1.5.1 课题研究内容
        1.5.2 技术路线
        1.5.3 本文主要创新点
第二章 双层网格蒙特卡罗模型的建立
    2.1 铝/钢焊接接头界面及形成过程分析
    2.2 现有模拟方法对分析铝/钢界面形成过程的局限性
    2.3 双层网格MC法的建立
        2.3.1 双层网格MC法的理论依据
        2.3.2 形核模型
        2.3.3 生长模型
    2.4 模拟研究
    2.5 双层网格MC法可行性分析
        2.5.1 结晶与生长过程分析
        2.5.2 指标分析
    2.6 本章小结
第三章 铝/钢焊接界面金属间化合物形成及演化过程的模拟研究
    3.1 铝/钢焊接界面金属间化合物形态分析
        3.1.1 金属间化合物种类分析
        3.1.2 金属间化合物层生长机理假设
    3.2 Fe-Al金属间化合物生长过程模拟
        3.2.1 温度场
        3.2.2 溶质传输模型
        3.2.3 形核模型
        3.2.4 生长模型
    3.3 Fe-Al金属间化合物模拟结果分析
        3.3.1 模拟过程及结果分析
        3.3.2 焊接过程温度对金属间化合物的影响规律
        3.3.3 模拟结果与实验结果对比分析
    3.4 本章小结
第四章 铝/钢接头界面层中Fe_2A_(l5)晶粒生长取向的模拟研究
    4.1 金属间化合物Fe_2A_(l5)的生长机理分析及模型假设
    4.2 模型的构建
        4.2.1 物理模型分析
        4.2.2 温度场
        4.2.3 空位扩散机Fe_2A_(l5)制
        4.2.4 区域能量演化规则
        4.2.5 形核机制
        4.2.6 生长机制
    4.3 模拟过程及结果分析
        4.3.1 三种确定生长取向下的模拟结果分析
        4.3.2 随机形核取向下的模拟结果分析
        4.3.3 考虑存在合金元素下模拟分析
    4.4 本章小结
第五章 铝/钢接头界面Fe_2A_(l5)的生长的EBSD分析及接头性能预测
    5.1 实验方法及材料
    5.2 实验结果的分析
        5.2.1 焊接参数对Fe_2A_(l5)的晶粒形态及分布分析
        5.2.2 Fe_2A_(l5)的晶粒取向分布规律分析
    5.3 铝/钢焊接接头性能薄弱区域的预测
    5.4 本章小结
第六章 Zn元素在界面金属间化合物层中的迁移规律探究
    6.1 迁移机理分析
    6.2 迁移模型的建立
        6.2.1 模型的基本假设
        6.2.2 几何模型的构建
        6.2.3 数学模型的构建
    6.3 迁移过程的模拟
        6.3.1 模拟结果分析
        6.3.2 不同Zn含量的迁移规律分析
    6.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金在汽车轻量化中的应用[J]. 钟奇,施毅,刘博.  新材料产业. 2015(02)
[2]宏微观耦合模拟熔池不同区域中枝晶竞争生长过程[J]. 韩日宏,董文超,陆善平,李殿中,李依依.  物理学报. 2014(22)
[3]添加Sn粉激光焊接钢/铝合金异种金属的显微组织与性能[J]. 周惦武,彭艳,徐少华,刘金水.  金属学报. 2013(08)
[4]焊接熔池快速凝固过程的微观组织演化数值模拟[J]. 张敏,汪强,李继红,李琳.  焊接学报. 2013(07)
[5]异种金属焊接研究现状及发展趋势[J]. 黄本生,黄龙鹏,李慧.  材料导报. 2011(23)
[6]旁路耦合电弧焊温度场模拟及验证[J]. 石玗,韩日宏,黄健康,樊丁.  物理学报. 2012(02)
[7]基于旁路耦合电弧的铝钢MIG熔钎焊研究[J]. 石玗,温俊霞,黄健康,卢立晖,樊丁,张裕明.  机械工程学报. 2011(16)
[8]基于马尔可夫随机场的运动目标检测[J]. 蒋永馨,金俣欣,王孝通,黄华.  计算机工程与应用. 2010(15)
[9]铝合金/不锈钢预涂层钨极氩弧熔钎焊接头的特性[J]. 宋建岭,林三宝,杨春利,马广超.  中国有色金属学报. 2009(07)
[10]铝合金/镀锌钢TIG熔钎焊接头界面组织及力学性能[J]. 林三宝,马广超,宋建岭,杨春利.  焊接. 2009 (02)

博士论文
[1]铝/镀锌钢板CMT熔—钎焊机理研究[D]. 张洪涛.哈尔滨工业大学 2008

硕士论文
[1]铝/镀锌钢板熔钎焊接头金属间化合物形成机理的研究[D]. 何翠翠.兰州理工大学 2013
[2]纯金属焊接熔池枝晶生长的相场法模拟初探[D]. 王勇.哈尔滨工业大学 2009



本文编号：3487929