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不锈钢GTAW温度场结果的比较

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-30  浏览次数:29 选择视力保护色:

[摘要]  中华不锈钢网整体获悉:取决于其表面钝化膜的电子结构和组成,研究钝化膜的半导体性能可以弄清膜的电子结构,了解腐蚀发生的机

  中华不锈钢网整体获悉:取决于其表面钝化膜的电子结构和组成,研究钝化膜的半导体性能可以弄清膜的电子结构,了解腐蚀发生的机理。鉴于此,本文研究了304L不锈钢材料在NaHC3溶液中所形成钝化膜的半导体性能以及影响膜电子性能的因素,同时探讨了钝化膜化学组成。
  
  可以看出,WS曲线可以分为两个部分,在I区膜呈p型半导体性能,在区膜呈n型半导体性能。这主要与组成钝化膜的Fe和Cr氧化物的半导体性质有关。已有研究指出不锈钢钝化膜为双层结构|131,内层主要为Cr的氧化物(23),呈p型半导体特性;外层主要为Fe的氧化物(Fe23)和水化物(Fe(OH)3),呈n型半导体特性。I区曲线斜率为负,表明膜呈p型半导体特性,Hakiki1141认为I区的电容响应受内层的Cr氧化物的电子结构控制,此时Cr氧化物部分的空间电荷层处于耗尽状态,而Fe氧化物部分的空间电荷层处于富集状态,相当于导体,因此膜的过剩电荷与溶液电荷之间的距离很近,由于Cr氧化体,所以MS曲线在此电位段内呈现斜率较小的小段直线;区曲线斜率为正,表明膜呈n型半导体特性,在此区间内Fe和Cr氧化物的空间电荷层状态刚好相反,Fe氧化物部分的空间电荷层处于耗尽状态,Cr氧化物部分的空间电荷层处于富集状态,相当于导体,此时膜的过剩电荷与溶液电荷之间的距离随扫描电位的正移而增加,导致膜层的电容随扫描电位的正移而增加,所以MS曲线在此区间呈上升趋势。又由于Fe氧化物呈n型半导体特性,所以在此电位范围内膜呈n型半导体。
  
  目前应用于模拟焊接热过程的软件主要分为两大类,一类为CFD(计算流体力学)软件,通过该类软件可将流场温度场耦合,计算熔池内液体的流动对温度场的影响,如PHOENICS和FLUENT等。另一类软件直接应用导热方程计算温度场,并不考虑流场的作用,如MARC和ABAQUS等。作者分析了PHOENICS和MARC这两种软件的特点,应用这两种软件对SUS310不锈钢的GTAW热过程进行模拟,并对模拟结果进行了比较。
  
  基金项目:国家自然科学基金资助项目(50375038)哈尔滨工业大学校基金资助项目(HIT.200241)1PHOENES和MARC软件性能分析PHOENICS是大型商业化CFD软件,主要用来计算流体的流动及流动过程中发生的物理化学变化等。采用此软件模拟焊接热过程,可通过建立层流或紊流模型计算熔池内流体的流动形式对焊件温度分布的影响11~4.MARC是一种非线性软件,具有强大的结构分析能力,在材料科学领域中应用较早,可将温度场与应力应变场耦合,进行材料的力学分析和失效破坏分析等。
  
  中华不锈钢网整体获悉:PHOENICS向用户提供的Q1文件、GROUND.FOR文件和PLANT接口可使用户任意添加或改动各种边界条件、源项或计算参数,但用户需对软件的求解过程有一定的了解。在使用Q1文件和GROUND.FOR文件时,要求用户具有一定的编程基础。PHOENICS所提供的后处理系统较为简单,用户若要得到各变量的计算结果通常使用专门针对PHOENICS所开发的后处理系统,或通过软件所提供的与图像处理软件TECPLOT的接口在TECPLOT中实现。MARC中所提供的前处理较PHOENCS相对简单不同的边界条件由不同的接口加入,并且材料的各种物性参数可以直接输入数值或函数表达式。用户无需很好的编程基础。在后处理中,MARC的图形输出、结果动态显示和各种变量的输出和保存功能较为完善,但其庞大的结果文件为存储带来了一定的麻烦。
  
  目前在焊接过程数值模拟领域中,PHOENICS主要用来模拟焊接过程中电弧及熔池内的液体流动,实现焊接过程中温度场和流场的耦合。当不考虑焊接熔池内液体流动对温度场的影响时,MARC在模拟焊接温度场时应用更为广泛15~71.除了计算温度场之外,MARC还提供了强大的材料结构分析功能和材料加工过程模拟功能。
  
  虽然这两种软件都可用来计算焊接过程的温度场,但由于软件各自的侧重点不同,求解方法亦不完全相同。PHOENICS是一个CFD软件,被广泛应用于模拟各种流体运动,该软件采用交错网格技术将所有标量定义在网格内的一点上(通常取中心点)所有矢量定义在网格表面上。应用PHOENICS进行求解时,所求各个单元的温度为该单元中心处的温度。MARC中的每个单元由若干个节点构成,在单元内有若干个积分点,计算时根据积分点进行计算,在模拟温度场时,通过求解出积分点处的温度来模拟温度场分布,一个单元仍可存在多个温度值。MARC的计算结果既可以通过积分点温度表示,也可以通过节点温度表示。文中MARC的结果为积分点值。
  
  焓;T为温度;k为热导率。
  
  21边界条件及源项对称面上,为绝热边界条件上表面上,在焊接热源作用的同时,对流和辐射换热也在进行。
  
  度。
  
  其余外边界为自然对流换热与辐射换热边界qout=K(T-Ta)+ae(T4-T4)(4)文中的热源模型采用双椭球热源模型|81,模型如所示,该模型将热源模型分为前后两个部分,视为由两个半椭球合并而成。
  
  2温度场模型bookmark8模型前半部分表达式为模型后半部分表达式为由于接头两侧以焊缝为对称中心呈对称分布,为了简化模型和减少计算量,取其一半进行计算。
  
  中箭头U代表热源移动方向,U大小代表热源移动速度。在计算时,视为热源固定,工件相对热源运动。能量方程表达式为状有关,f;分别为椭球前后半球的能量分数。
  
  中给出了双椭球热源模型各参数的取值。
  
  缝上表面距焊缝中心不同距离时的温度曲线。
  
  双椭球热源模型各参数的取值22材料的热物性参数表2中给出了应用PHOENICS和MARC模拟SUS310不锈钢时所用到的部分热物性参数。
  
  中华不锈钢网整体获悉:温度场模拟时所用到材料的部分热物性参数Tabe名称数值计算时材料的热导率K表达式为光信号的频谱偏向低频。

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