【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钼铼合金和不锈钢异种材料激光焊接的数值模拟方法，属于激光焊接与数值模拟。
技术介绍
1、钼铼合金具有优异的高温力学性能、较低的线膨胀系数和良好的导热性能等优点，作为核反应堆结构材料应用于快中子反应堆、核聚变反应堆等先进堆型。钼铼合金的应用范围因其成本高受到一定限制，而不锈钢是一种廉价的合金，具有优异的综合性能，广泛应用于许多领域。钼铼合金和不锈钢的复合结构将有利于增加设计灵活性、降低制造难度、节省材料成本。
2、与传统焊接方法相比，激光焊接具有能量密度高、热影响区小、焊接变形小等优点，有利于异种金属材料的焊接。由于钼铼合金和不锈钢具有不同的物理化学特性，线膨胀系数和导热系数差异较大，需注意残余应力及焊接变形的控制。借助数值模拟的方法可理论分析钼铼合金与不锈钢激光焊接接头温度场分布、接头残余应力和焊接变形特征，在节省试验成本的条件下优化焊接工艺。
3、异种材料焊缝区的冶金反应较为复杂，其材料本构模型的准确获取通常较为困难，特别是针对激光焊这类高能束焊的焊缝区域较窄，利用传统实验方法获取焊缝金属的热物理性能参数及力学性能参数难度较大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种钼铼合金和不锈钢异种材料激光焊接的数值模拟方法，解决了现有技术存在的异种材料焊缝金属材料性能参数难以准确获取，钼铼合金/不锈钢激光焊接过程中温度场变化、焊后残余应力及焊接变形难以预测的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，一种钼铼合金和不锈钢异种材料激
3、步骤1、制备钼铼合金/不锈钢异种材料激光焊接的接头，获取接头熔池形貌；
4、步骤2、通过实验和计算，获取钼铼合金母材、不锈钢母材和焊缝金属的各热物理性能参数和力学性能参数；
5、步骤3、建立钼铼合金/不锈钢异种材料激光焊接过程的热-结构计算模型；
6、步骤4、设置激光焊接模型的初始条件、边界条件及热源模型；
7、步骤5、建立激光焊接分析任务，并求解钼铼合金/不锈钢异种材料激光焊接过程的温度场及应力场。
8、进一步的，所述步骤2按照以下步骤实施：
9、步骤2-1、获取钼铼合金母材、不锈钢母材的各热物理性能参数及力学性能参数；
10、步骤2-2、对实验所得接头进行维氏硬度测试，获取焊缝金属显微硬度平均值，利用经验公式换算焊缝金属室温屈服强度：
11、
12、式中σy代表屈服强度，单位是mpa；hv是维氏硬度，单位是hv；m是meyer硬度系数。
13、步骤2-3、对实验所得接头焊缝区域进行能谱分析，获取焊缝金属成分比例，借助jmatpro计算软件计算缝金属高温性能参数。
14、进一步的，所述步骤3按照以下步骤实施：
15、步骤3-1、利用hypermesh有限元前处理软件建立接头熔池形貌的接头有限元网格模型，从焊缝至钼铼合金母材侧和从焊缝至不锈钢母材侧，网格由密到疏。焊缝和焊接热影响区采用加密的网格；远离焊缝的区域，采用相对稀疏的网格；将建立好的接头有限元网格模型导入msc.marc有限元软件。
16、步骤3-2、在msc.marc有限元软件中将钼铼合金母材、不锈钢母材及焊缝金属的各热物理性能参数及力学性能参数以表格的形式分别赋予到接头相应部位。
17、进一步的，所述步骤4按照以下步骤实施：
18、步骤4-1、在msc.marc有限元软件中，在初始条件中设置钼铼合金母材、不锈钢母材和焊缝金属的初始温度为环境温度；设置温度场边界条件，包括对流和热辐射，设置接头位移约束，限制焊接过程中发生刚性位移；
19、步骤4-2、根据步骤1实验所得接头熔池形貌，选择双椭球体+圆柱体的组合热源作为模拟激光焊接过程中热输入的热源模型。
20、进一步的，所述步骤5按照以下步骤实施：
21、步骤5-1、所述焊接分析任务分为焊接和冷却2个分析工况，设置收敛判据及时间步长，设定输出结果后完成激光焊接分析任务的建立，所述输出结果包括单元类型，选择温度、应力、和位移。
22、步骤5-2、在msc.marc有限元软件中，提交焊接分析任务，进行热分析：求解接头温度场的，获得接头有限元网格模型中各节点温度场；进行结构分析：将各个节点温度场以热载荷加载到热-结构计算模型结构分析有限元模型中，从而求解整个焊接过程的应力和位移；然后进入计算结果后处理器，获得钼铼合金/不锈钢异种材料激光焊接过程的温度场及应力场。
23、与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
24、1、本专利技术通过实验和计算相结合的方式获取焊缝金属的热物理及力学性能参数。利用焊缝金属的维氏硬度换算其屈服强度，能谱分析获取焊缝成分比例，借助计算软件计算焊缝金属的高温性能参数。解决了焊缝金属性能参数难以准确获取的难题，极大提高材料本构模型的准确性，提升钼铼合金与不锈钢异种材料激光焊接过程的温度场及应力场的计算精度；
25、2、通过本专利技术一种钼铼合金/不锈钢异种材料激光焊接的数值模拟方法，采用热-结构计算模型，选择双椭球体+圆柱体组合热源模拟激光焊接热输入。通过此数值模拟方法可得到钼铼合金/不锈钢焊后接头的应力分布及变形情况，预测接头在服役过程中的失效位置，指导工程应用。
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1.一种钼铼合金和不锈钢异种材料激光焊接的数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种钼铼合金和不锈钢异种材料激光焊接的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2按照以下步骤实施：
3.根据权利要求1所述的一种钼铼合金和不锈钢异种材料激光焊接的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤3按照以下步骤实施：
4.根据权利要求1所述的一种钼铼合金和不锈钢异种材料激光焊接的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤4按照以下步骤实施：
5.根据权利要求1所述的一种钼铼合金和不锈钢异种材料激光焊接的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤5按照以下步骤实施：
【技术特征摘要】
1.一种钼铼合金和不锈钢异种材料激光焊接的数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种钼铼合金和不锈钢异种材料激光焊接的数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2按照以下步骤实施：
3.根据权利要求1所述的一种钼铼合金和不锈钢异种材料激光焊接的数值模拟方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：王义峰，邱玺，粟明威，李垣明，邓德安，彭丹珉，李鑫，李国庆，胡述伟，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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