2.2熔池形貌分析及热源模型建立 10

2.3热源模型及相关参数的选取 11

2.4不同复合方式下仿真结果分析 12

2.5本章小结 16

3 复合焊接过程中的温度场模拟 17

3.1有限元间接耦合法分析流程 17

3.2有限元单元的选用 17

3.3网格划分 19

3.4材料属性设置 20

3.5边界条件及移动热源的加载 20

3.6温度场计算结果分析 20

3.7本章小结 22

4 复合焊接过程中的应力场模拟 24

4.1约束条件 24

4.2应力场计算结果分析 25

4.3本章小结 27

结 论 28

致 谢 29

参考文献 30

1 绪论

日益严峻的气候变化以及世界范围内不断攀升的油价对许多行业提出了更高的要求。在汽车行业领域，如何提高发动机燃烧效率以及降低整体车身的质量成为了研究人员不得不面对的重大难题。而高氮奥氏体不锈钢力学指标出众，较其他钢种有明显的优势，逐渐受到研究人员的追捧和喜爱。

1.1 奥氏体不锈钢性能

一般而言，当钢中的Cr含量在18%，Ni含量在9%，C含量在1‰左右时，常温下的组织形貌为奥氏体。这一类钢被统称为奥氏体不锈钢。其中，最典型的钢种是18-8钢。这类钢种性能优良，性价比极高，被普遍应用于各行各业[1]。

然而，近些年来，由于世界范围内Ni价格的不断走高，Cr-Ni系不锈钢的市场占有度已经出现了大幅度下滑。在这种情况下，利用N元素替代Ni元素来促进奥氏体形成的钢种——高氮钢，渐渐走入人们的视野。通常而言，将N含量大于4‰的钢种定义为高氮钢。

众所周知，焊缝区域几乎是所有焊接结构件中性能最差强人意的部分。焊缝材料经历加热-冷却过程，且速度极快，这就是焊缝性能较差的主要原因。同理，高氮奥氏体不锈钢会因为温度骤变导致N元素损耗，降低接头性能。主要耗损形式有以下三种：(1)形成N2，从熔池中逸出；(2)气液界面处N元素的溢出；(3)氮化物的析出。然而，高氮钢主要是利用N元素的固溶效果来确保其性能的优良。因此，N元素的耗损就会直接降低焊缝中以固溶形式存在的N元素含量，从而对固溶强化的效果产生较大的影响，最终造成实际测试得到的接头力学性能指标较期望值产生巨大的差距。所以，为了提升高氮钢焊接接头的力学性能，在焊接时必须采取必要的措施来减少N元素的损失[2]，从而进一步提高构件的使用可靠性，不断的满足社会需求。除了以上问题之外，熔化焊时，高氮钢还易出现以下问题：(1)焊接热裂纹[3,4]；(2)焊接热影响区晶粒粗大。

目前而言，针对高氮钢的焊接，一般采取以下方法[5]：(1)高压氮气氛围下的MIG/MAG焊；(2)TIG焊；(3)激光焊接。其中，考虑到构件的尺寸以及实际焊接条件，TIG焊和激光焊接在研究和生产中应用较多，实用性较强。 不锈钢激光复合焊接过程数值模拟(2):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205367.html