热源特性对TCS不锈钢焊接HAZ宽度与晶粒度的影响机制研究

TCS不锈钢是我国开发的铁路货车车辆专用铁素体不锈钢。在焊接过程中TCS不锈钢热影响区（HAZ）晶粒急剧长大，使接头组织与性能不能满足实际要求，是制约我国新型铁路货车优质高效焊接制造的突出问题。本项目针对TCS不锈钢的焊接冶金特点，拟将复合热源焊接新工艺应用于TCS不锈钢的焊接，研究复合热源特性对TCS不锈钢焊接HAZ宽度与晶粒度的影响机制。分析和表征复合热源的能量耦合机制与物理特性，建立复合热源的热-力作用模型。研究复合热源作用下TCS不锈钢焊接温度场和热循环的动态变化过程，确定不同焊接工艺条件下的热影响区形状与尺寸。分析和揭示热源特性和热循环特征对TCS不锈钢焊接HAZ形状、尺寸以及晶粒长大敏感性的影响机制，建立TCS不锈钢复合热源焊接HAZ晶粒长大模型，实现焊接HAZ晶粒度的预测。将为丰富TCS不锈钢焊接冶金理论、优化复合热源焊接工艺和TCS不锈钢HAZ组织与性能，奠定坚实基础。

TCS不锈钢是我国开发的铁路货车车辆专用铁素体不锈钢。在焊接过程中TCS不锈钢热影响区（HAZ）晶粒急剧长大，使接头组织与性能不能满足实际要求，是制约我国新型铁路货车优质高效焊接制造的突出问题。本项目针对TCS不锈钢的焊接冶金特点，将激光+GMAW-P复合热源焊接新工艺应用于TCS不锈钢的焊接，研究了复合热源特性对TCS不锈钢焊接HAZ宽度与晶粒度的影响机制。. 开展了不同工艺条件下的TCS不锈钢板激光+GMAW-P复合热源焊接工艺试验，获得了关于焊缝与热影响区的形状-尺寸以及晶粒尺寸等数据，为描述复合热源的物理特性、建立其热-力作用模型提供了实验依据。建立了基于小孔形状预测-标定的复合焊组合式热源模型，开展了TCS不锈钢板激光+GMAW-P复合焊接热传导的数值模拟，获得了热影响区的形状与尺寸及其热循环曲线，分析了不同位置处的热循环特征。建立了考虑三维熔池流体流动的复合焊温度场模型，进一步改进了焊接热影响区形状尺寸和热循环曲线的数值分析精度。在此基础上，结合三维Monte Carlo方法对TCS不锈钢复合焊热影响区晶粒尺寸演变过程进行了模拟。基于上述理论和实验两方面的定量研究结果，揭示了TCS不锈钢复合焊接的热源特性和热循环特征参数对HAZ形状、尺寸以及晶粒长大敏感性的影响机制。. 总结上述研究成果，已经发表与本项目相关的学术论文11篇（其中，国际权威刊物2篇；已被SCI收录4篇）；在本学科领域有重要影响的大型国际会议PRICM 8上做学术性特邀报告。