焊接熔池微观流场形态及其对枝晶生长影响机理研究

本项目将开展焊接熔池微观尺度流场与枝晶生长的计算机模拟与研究，重点研究熔池边缘区域结晶前沿液态金属在微观尺度的流动规律及其速度场，研究该微观流场与温度场、溶质扩散过程的相互作用及其对熔池结晶过程枝晶生长影响的机理。本项目基于流体力学、结晶学与焊接冶金学原理建立焊接熔池宏观-介观-微观耦合模型，实现包含焊接熔池流场、温度场、溶质扩散过程与微观组织演变等多物理场在多个尺度的耦合求解。.重点解决以下几方面的问题：.1..建立焊接熔池微观尺度流场模型，研究相应的速度场求解方法；.2..在熔池边缘的糊状区，根据边界层理论处理复杂枝晶形态与液相的流场边界问题；.3..建立焊接熔池枝晶生长模型；.4..建立包含焊接熔池微流场、温度场、溶质浓度场与枝晶生长的多场多尺度耦合模型，实现不同尺度多场耦合求解；.5..研究焊接熔池结晶过程液相内微观流场机理，研究熔池微对流对枝晶生长的影响机理。

本项目主要针对镍基合金TIG焊接熔池凝固过程开展温度场、微观流场、枝晶生长的模拟，重点研究焊接熔池不同区域微观组织演变形态、熔池边缘区域结晶前沿液态金属在微观尺度的流动规律，研究微观流场对枝晶生长、溶质扩散过程的的影响机理，深入揭示熔池凝固结晶和晶粒生长规律。本项目实现了包含焊接熔池流场、温度场、溶质扩散过程与枝晶生长演变等多物理场的建模和求解。不仅获得了焊接熔池一次枝晶间距、枝晶前沿溶质分布与偏析的定量研究结果，还实现了枝晶前沿微观速度场对溶质偏析和枝晶生长的影响研究，获取了液态金属在焊接过程特定高冷却速率下结晶过程的若干微观形态并进行机理分析，为相关晶界偏析、缺陷控制和力学性能优化等应用研究提供了保障。.同时，本项目在后期追加了新一代航空铝合金薄壁结构激光焊接熔池流场与结晶形态演变的相关研究，为民用客机新型铝合金结构激光焊接工艺的研究奠定了基础。