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激光焊接中温度变化率对相变机制及残余应力的影响

相变，残余应力，温度变化率，激光焊接，P91钢

金属在激光焊接过程中会伴随着很大的瞬态温度变化率。该温度变化率会引起固态相变，而且随着变化率的不同，会形成不同的相变产物，最终对焊接残余应力产生很大的影响。在对焊接相变过程的模拟中，传统方法采用Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK)模型表征相变过程产物的体积分数。该模型仅适用于描述等温相变的情况，而激光焊接中的温度变化率是剧烈变化的。采用JMAK模型描述激光焊接相变，需要将JMAK模型离散化并与Scheil’s 加法准则结合。采用这种方法虽然能够与实验结果勉强吻合，但是物理意义不明确，计算精度很大程度上取决于离散的精度和计算经验。这使得采用JMAK模型模拟激光焊接过程备受争议。

本文从激光焊接出发，结合P91钢的连续冷却C曲线（CCT），采用基于微观变形机制修正的JMAK模型，将温度变化率纳入相变的计算模型中，并成功应用于非等温条件的焊接残余应力的计算过程中。研究结果表明，修正JMAK模型的物理意义明确，能准确描述相变过程的相变产物体积分数的变化，从而能有效地实现预测残余应力值与实验结果的吻合。