铝6061激光焊接热裂纹行为的多尺度模拟预测框架及其抑制策略研究

本文创新性地构建了融合计算流体力学(CFD)与相场模拟的多尺度模型，通过提取熔池冷却速率(dT/dt)和温度梯度(?T)作为相场边界条件，精准预测Al6061激光焊接中枝晶演化过程，并基于固相分数(fs1/2)导数建立裂纹敏感指数|dT/dfs1/2|量化体系，最终通过代理模型绘制无裂纹工艺图谱，为航空航天用高强铝合金焊接缺陷控制提供理论范式。

　　

Highlight亮点发现

• 随着能量密度提升，模拟显示枝晶间距缩小40%，裂纹敏感指数显著降低

• 相场模拟首次揭示f_s^1/2≈1时|dT/df_s^1/2|突变与热裂纹的定量关联

Verification of CFD simulation results CFD模拟验证

通过对比700-850W激光功率下熔池尺寸的模拟与实验数据，发现深度和宽度误差均<15.2%，证明模型可准确捕捉匙孔效应与马兰戈尼对流。图7显示四种参数组合下熔池形貌高度吻合，为后续相场分析提供可靠热力学输入。

Conclusion结论

本研究建立的CFD-相场耦合框架成功实现：

1. 1.

   量化能量密度对枝晶形貌的影响规律

2. 2.

   构建基于f_s^1/2导数的裂纹预测新指标

3. 3.

   开发代理模型快速生成无裂纹工艺窗口

   未来可拓展至其他高强铝合金体系研究。

CRediT authorship contribution statement 作者贡献声明

Tran H-C主导模型构建与论文撰写；Huynh D-K负责相场算法开发；Albab M.U.参与数据验证；Nguyen M-A完成可视化分析。

Declaration of competing interest 利益声明

作者声明获得台湾科技部项目资助(NSTC 110-2622-E-218-005等)，无其他竞争利益。

Acknowledgments 致谢

感谢台湾科技部对本研究的资金支持。