随着计算机技术的发展和凝固理论的不断完善,采用数值模拟技术已经可以清晰地再现焊接熔池凝固的物理过程。本文将立足之前的研究,对钨极氩弧焊下Ti-45%A1合金的焊接温度场及熔池凝固过程中的枝晶生长过程进行数值模拟分析。采用有限差分法模拟计算了 Ti-45%Al合金的焊接温度场,通过对比试验结果和模拟结果获得的热循环曲线,验证了温度场模型的合理性。考虑焊接熔池的凝固特点,采用元胞自动机法和有限差分法建立了枝晶生长模型,对Ti-45%A1合金等温场下熔池中心单个等轴晶、熔池边缘柱状晶的生长形貌和溶质分布进行了可视化模拟,讨论了不同凝固参数下枝晶的生长规律。结果表明:较大的过冷度将促进枝晶的快速生长且伴随着复杂的枝晶形貌;足够低的各向异性会导致枝晶的不稳定生长,从而导致枝晶的高分支形态且降低枝晶的生长速度;在给定不同择优取向角时,枝晶在0°和45°时对称性较好,而在30。和60°时对称性较差;初始形核数增加,柱状晶间距减小,高次枝晶生长受限,出现胞枝混合现象;冷却速率不仅影响着枝晶的生长速度和枝晶臂间距大小,而且会导致严重的溶质偏析;逐渐增大温度梯度,固/液界面将依次形成树枝晶-胞晶-平面晶三种形态,而枝晶的生长速度逐渐下降,一次枝晶臂间距也变小。在枝晶生长模型的基础上,设定了弧状熔池模型,采用插值法耦合了焊接温度场,再现了非均匀温度场下焊接熔池内枝晶竞争生长及溶质分布的模拟,分析了不同焊接工艺因素下枝晶的形态变化。结果表明:非均匀温度场下熔池内的组织主要呈柱状和等轴状形态;更高的热输入生成了更发达的柱状晶;内部形核密度越大,越有利于细小等轴晶的形核;较小的传热系数意味着凝固过程具有较低的冷却速率,柱状晶的生长将占优势。针对模拟结果,进行了金相试验和硬度试验。结果表明:Ti-45%A1合金熔池内部枝晶的生长形貌呈现出柱状和枝状,焊接线能量越大,柱状晶生长越发达,这与以上模拟结果大致吻合;相比于母材,焊缝硬度显著增大,同时低热输入时的焊接接头硬度值大于高热输入情况。