2A12铝合金比强度高,具有良好的高温和超低温性能,广泛应用于制造飞机蒙皮、桁条等结构。激光焊接能量密度高、热输入量小、焊后变形小,因而常用于2A12铝合金的连接。然而,2A12铝合金激光焊接存在接头软化以及强度降低等问题。激光焊接熔池凝固过程中,微观组织的动态演化过程会显著影响焊缝微观组织的形貌与尺寸,对接头软化以及强度降低有直接影响。因此理解微观组织的动态演化过程及其影响因素,对于改善2A12铝合金激光焊接接头质量具有重要意义。目前实验主要通过在焊接过程中对熔池进行高速摄像以及观察焊缝微观组织等手段对熔池的凝固过程进行间接分析,无法实现直接观测。随着计算机硬件与计算材料科学的高速发展,数值模拟为研究激光焊接熔池的凝固过程提供了新的途径与方法。基于以上背景,本文使用相场法研究了2A12铝合金激光焊接熔池凝固过程中外延生长现象、晶粒竞争生长现象以及CET转变现象（柱状晶向等轴晶转变现象）,进而实现宏观焊缝的微观组织预测。本文主要取得如下成果:（1）构建了2A12铝合金激光焊接熔池凝固中枝晶形核生长的多尺度相场法模型。在考虑了晶粒择优取向以及等轴晶形核的情况下,首先根据熔池各处的凝固条件构建了局部微观熔池枝晶形核生长模型;然后使用温度场宏微观映射,构建了宏观熔池枝晶形核生长模型。（2）研究了2A12铝合金激光焊接熔池凝固过程中晶粒择优取向对单个晶粒枝晶生长行为的影响,发现了外延生长现象中枝晶倾斜生长的偏转角与择优取向角（晶粒择优取向与最大温度梯度方向之间的夹角）大小相同的规律。研究结果表明,择优取向角使枝晶生长方向发生偏转,并且偏转角与择优取向角大小相同,最终形成倾斜生长的枝晶。当择优取向角大于某一阈值时,枝晶尖端在枝晶生长过程中不断分裂,枝晶的形态从倾斜生长的树枝晶转化为海藻状树枝晶。（3）研究了2A12铝合金激光焊接熔池凝固过程中晶粒择优取向对晶粒竞争生长现象的影响,发现了晶粒竞争生长现象中改变晶粒大小的枝晶横向生长机制与晶界偏转机制。本文研究了晶界迁移的规律,研究结果表明晶粒宽度的变化受到三个因素的影响:（a）竞争生长阶段生长速度最快的枝晶的横向生长;（b）枝晶相对稳定生长阶段中汇聚晶界的偏转角;（c）分离边界处FO晶粒多次枝晶的横向生长。（4）研究了2A12铝合金激光焊接熔池凝固过程中形核参数对CET转变现象的影响,确定了引发CET转变现象的主要机制为机械封锁机制。研究结果表明当柱状晶与等轴晶的溶质层相互接触后,当柱状晶尖端溶质富集到一定程度,柱状晶尖端速度开始下降,但仍然保持生长;当柱状晶由于等轴晶的机械阻挡没有生长空间后,柱状晶停止生长,机械封锁机制为引发CET转变现象的主要机制。并且等轴晶形核过冷度越小,形核密度越大,越容易发生CET转变现象。因此添加适当的形核剂,增加形核剂数量有利于引发CET转变现象,达到细化焊缝微观组织的目的。（5）实现了2A12铝合金激光焊接全焊缝微观组织亚晶粒精度级别的数值模拟,揭示了熔池凝固过程中等轴晶晶粒的动态细化机制。宏观激光焊接熔池凝固过程分为2个阶段:（a）平面晶推进阶段;（b）枝晶竞争生长阶段。在熔池凝固过程中,等轴晶核心不断在熔池中产生。并且随着时间的推移,每个时刻新增的形核数量不断增加。在平面晶推进阶段以及枝晶竞争生长阶段早期,所有的等轴晶核心熔化消失;进入枝晶竞争生长阶段中后期后,越来越多的等轴晶核心形核并长大,在固液前沿形成连续的环状等轴晶带,阻止枝晶的进一步生长,进而发生CET转变现象。随着每个时刻新增的存活等轴晶数量的增加,等轴晶发生细化。并且,相较于增加形核剂的数量,改变形核剂的种类与粒度分布更有利于细化焊缝微观组织。