不锈钢与镍激光焊接的传热传质研究(Inconel718对应国产牌号 GH4169化学成分表 Inconel718管材密度)

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1、不锈钢与镍激光焊接的传热传质研究

2、Inconel718对应国产牌号 GH4169化学成分表 Inconel718管材密度

不锈钢与镍激光焊接的传热传质研究

4.3，将计算结果与实验结果进行比较，doi.org/10.1016/j.apsusc.，图8 江苏激光联盟陈长军的原创作品是铁浓度在不同位置的变化。

脉冲激光点焊广泛应用于航空航天、电信和医疗行业的要求。近几十年来，随着原材料成本的上升，为特定产品选择单一金属的成本可能很高。设计师和工程师提供不同的金属和合金。与传统的单一材料制造方法相比，这通常带来技术和经济优势，如。

高强度不锈钢可与镍等防腐金属结合，承受高压容器中的机械负荷和化学腐蚀。（a–f）在两种情况下，在加热期间显示不同的时间表，图中的轮廓值表示Kelvin黄红部分代表单位温度的液体区域。

可以看出，在这两种情况下，远离熔池的温度场在不同时间是相似的，这表明在传统焊接力学中忽略了流体流动和质量传输。

对于靠近热源的区域，情况完全不同，对于情况1，熔合区域更深、更窄、半球形，这是由于能量仅通过热传导从激光束中心径向传输，整个矩形计算区域分为小矩形控制，控制方程通过控制体积法在交错网格上离散。

计算单元中心存储压力、温度、物种浓度等标量，速度重量存储在相应的单元表面中心，基于数值解的一般框架SIMPLEC算法，使用159×160×热源附近使用50网格的不均匀网格，更小网格间距为20μm，上表面用于数值模拟的网格如图2所示。

图1

图6和图7显示了铁在顶面和横截面上的不同时间。对于上表面，由于混合时间不足，原60 ms熔池中铁元素分布不均匀，60ms金属两侧继续熔化，熔池尺寸继续扩大。

然而，对于横截面，铁元素是60ms分布不均匀，特别是在固液界面附近，铁在横截面上均匀分布时间较长，约为90 ms。

因此，由于温度梯度和浓度梯度，上表面的传质速度比横截面快。Marangoni应力，上表面对流强，元素分布不均匀会导致较大Marangoni据报道，应力反过来会加速流体流向的输送质量。

本文对不锈钢-镍不同热电偶的激光点焊进行了试验。3.工作空间顶部激光束的入射通量为高斯分布。激光焊接需要均匀的溶质分布，因为合金元素的不均匀分布可能会严重影响焊接部件的机械。混合的均匀性和由此产生的浓度分布主要对流引起，有助于预测成分分布。更佳激光焊接需要适当的显微组织和目标机械性能。

然而，由于两种金属的物理化学性质（如导热系数、热容量、热、散热不足等问题，由于溶质稀释或热处理不当，脆性金属间化合物可能使接头容易开裂和故障，选择合适的热处理温度和金属材料成分是为了解决这些问题，这需要适当的激光焊接参数。

然而，许多测试这些参数似乎耗时，传热传质的数值模拟有助于预测不同工艺参数下的温度。图10显示了计算和实验元素分布的比较，扫描轨迹如图9所示（c）计算结果与实验结果一致，通过Marangoni对流和质量扩散。

根据Fe–Ni二元相图，凝固过程中溶质分布不明显，将实验确定的熔池横截面与图9中相应的计算结果进行比较，观察到2的几何形状和尺寸与实验结果一致。

由于固体镍的高导电性，镍侧熔合区的尺寸小于激光束的半径(1).00 mm），相反，不锈钢侧熔合区(1.4mm）它比激光束的半径大得多，上图显示了接头S1的OM横截面形态。

虚线表示EDS图b显示了线扫描的位置Fe（K）和Cu（K）从相应的强度分布可以看出Cu和Fe板间混合区有少量气孔和接头S在2的混合区域，裂纹和孔隙几乎被消除，如图c所示，图d显示沿图3c所示线的EDS通过比较图3b和图3d中的结果。

可以看出，板厚和激光功率对混合区铜元素的分布很重要。值得注意的是，由浓度梯度引起的Marangoni应力总是倾向于，因为在这种平衡条件下，它的势能更低。然而，这并不一定意味着在任何激光处理过程中，当非平衡分配系数时，元素分布都应该是（kp）远离单位时。

其他因素，如脉冲持续时间短或扫描速度快，导致混合时间不足，或溶质在快速凝固过程中重新分布不容忽视，会导致分布不均匀。在不同的金属激光焊接中，其他复杂的问题，如合金中的活性元素、气孔、孔形成和表面张力变化，也了挑战。

4.结果和讨论。5.主要元素的二元相图用于研究合金凝固。5.结论是基于焊接熔池中的质量、动量、能量守恒和溶质运输方程，对不锈钢-镍不同热电偶的激光点焊进行了实验和数值研究。

采用三维传热传质模型对焊接过程进行数值模拟，计算熔合区域的几何结构和元素分布与相应的实验结果一致，分析了流体流对温度场及其进化的影响，远离熔池的温度场非常相似，但热源附近的温度场差异很大，在熔池形成后的早期阶段，由于混合时间不足。

元素铁在熔池中分布不均匀。在熔池形成的初始阶段，质量传输速度更高，随着时间的推移而降低。对流对不锈钢和镍的激光点焊过程中的传热和传质有显著影响。

图3 在两种情况下，江苏激光联盟陈长军指南：2。焊接在传导模式下进行，熔池的自由表面平坦，不考虑两个工件之间的热接触电阻。在两种情况下，两个位置之间的温差进化也不同，在加热过程中。

情况2两个位置之间的温差远小于情况1，因为流体流动有助于增强从热零件到冷零件的热传输。激光关闭后，熔池凝固，流体流动减弱并迅速消失。

热传递的主要机制是热传导。镍侧的温度下降速度比不锈钢侧快。由于镍的导热性较高，与加热期相比，两个位置之间的温差增加。

情况1略有不同。虽然不锈钢的导热系数较低，但加热过程中产生的高温梯度会产生相当大的热流，导致冷却过程中两个位置之间的温差较小。1.假设熔融金属为牛顿型，不能压缩。

并使用Boussinesq由于温度和浓度，流体是层流，4.2.实验中使用304不锈钢和镍，焊接前用丙酮清洁表面。

有五轴数控工作站的1kW Nd:YAG聚焦激光束采用150mm焦距透镜，离焦距为9.5mm，样品顶面对应的光束半径为1.0mm，使用650 W激光功率，相互作用时间为5000 ms，图1显示尺寸为20 mm×10 mm×2 mm的。

图4 在两种情况下，传统的计算焊接力学专注于热应力和应变场、结构变形和温度场。为了简单起见，使用傅立叶热传导模型来预测温度场的演变。然而，在不同的金属焊接过程中，熔池中的流体流动可能会影响传热。

采用聚焦在钢侧的激光焊接铜-钢接头，影响温度场和成分分布：（a）接头S1，（b）通过EDS扫线接头S1的Fe（K）和Cu，（c）接头S以及宏观组织（d）通过EDS扫线接头S2的Fe（K）和，图2 数值模拟网格采用顶表面。

不锈钢-镍异热电偶激光采用三维瞬态数值模型研究，熔合区的几何形状和元素分布与实验结果一致。调查的一些重要发现如下：近几十年来，传热和流体流动的计算模型被用来了解类似的金属焊接应用，He在自由表面平坦的假设下，等人研究了不锈钢激光点焊过程中温度场和速度场的演变，数值研究了硫、氧等表面活性元素的存在或不存在。

熔池表面温度梯度引起的Marangoni–Ben，利用各种模型研究合金传导模式激光焊接元素蒸发生产，激光加工固液界面不平衡凝固性和溶质分布，大多数模型基本遵循固定网格法，采用焓孔隙公式处理固液相变，峰值温度总是在304不锈钢一侧，对于情况2，由于其导热系数远低于镍。

当考虑流体流量和质量传输时，峰值温度由于更大热输入通量而移动到激光束中心。当表面张力的温度系数为负时，流体从激光束中心（表面张力较小）流动到熔池外围。

因此，情况2的峰值温度远低于情况1(2423) K vs ，在加热过程中，熔池中的温度梯度较小，图4（a–d）冷却循环期间计算的温度显示了两种情况。激光关闭后，情况2的熔池只保持液体30 ms。

情况1的时间要长得多(约140 ms），图7 在（a）10ms铁沿横截面的浓度分布在不同时间内，（b） 30ms，（c） 60ms，（d） 90ms，（e） 120ms和（f）500ms，图6 在（a）10ms不同时间。

上表面铁的浓度分布，（b） 30ms，（c） 60ms和（d）500ms，温度梯度对热应力的产生至关重要。温度本身影响应力-应变关系。根据局部温度和熔化温度的比例，指定的结构模型可能会有所不同，从速率上与塑性无关（小于0.5)与速率相关的塑性(0).5。

因此，应研究温度和温度梯度的演变，图5显示距离热源0.5 mm如图所示，当温度超过固相线时，情况2的冷却速度要高得多。

这可以归因于流体流动。除热传导外，流体流动还将热量从热部件传递到冷部件作为另一种机制，使热部件冷却更快。 实验（a）和计算（b）元素分布，（1）在两种情况下给出了模拟结果，以解释流体流动对传热的重要性，远离熔池的温度场不受流体流动的影响。

然而，对于靠近热源的位置，当考虑时，加热过程中的峰值温度和温度梯度会降低，冷却速度会增加，熔池凝固速度会更快。

图5 焊接热循环在不同位置，3.数学建模，图9 （a）熔池横截面的模拟1试验和计算，（b）模拟情况2，（c）实验，(2)90ms熔池中后铁元素分布均匀。

由于对流强，物质在上表面的传输速度快于横截面。在熔池形成的初始阶段，质量传输速度更高。

由于对流强，物质在上表面的传输速度快于横截面。在熔池形成的初始阶段，质量传输速度更高。

}　　来源：Heat and mass transfer，Applied Surface Science，本文建立了不锈钢与镍激光点焊的三维传热传质模型，分析了不同时刻的温度