摘要：為改善某整流器試樣結(jié)構(gòu)焊接工藝，對高溫真空鎳基合金釬焊過程展開了數(shù)值模擬研究，建立了高溫釬焊真空爐中鎳基合金釬料融化-潤濕填充焊縫的流動模型。數(shù)值計算基于流體體積(volume of fluid，VOF)方法，綜合考慮表面張力、重力、相變潛熱等因素，采用層流模型求解得到了釬料隨時間變化的流動行為。得到了固、液態(tài)釬料體積分布和溫度場分布。雖然母材表面出現(xiàn)少部分釬料流失行為，并且在局部觀察到有焊瘤的形成，但焊縫內(nèi)釬料的整體填充效果良好，驗證了釬焊工藝的釬料布置和溫度控制的合理性。給出了關(guān)于時間和溫度的釬料填充焊縫體積比的經(jīng)驗公式，為實際釬焊過程提供參考。

釬焊是指低于焊件熔點的釬料和焊件同時加熱到釬料熔化溫度后，利用液態(tài)釬料填充固態(tài)工件的縫隙使金屬連接的焊接方法。航空渦輪發(fā)動機是釬焊應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一，其工作環(huán)境十分惡劣，伴隨著很高且分布不均勻的工作溫度、高應(yīng)力和氧化、熱腐蝕，故其所采用的鑄造材料多為具有較高強度和良好抗氧化、抗腐蝕能力的鎳基高溫合金。鎳基高溫合金熔焊性能較差，通常利用真空釬焊連接工件。真空狀態(tài)下，爐內(nèi)氣體非常稀薄，對流傳熱作用極其微弱，壓氣機整流器葉片與外環(huán)之間的焊接結(jié)構(gòu)便是通過真空釬焊形成的。整流器不斷對空氣做功，其制造工藝直接影響壓氣機的工作性能，所以保證較高的焊接強度非常重要。

由于傳統(tǒng)高溫焊接試驗成本較高，并且內(nèi)部焊接過程難以直接觀測，許多學(xué)者開始采用數(shù)值模擬方法來預(yù)測焊接成型過程。Takeshita等基于有限元方法提出了一種預(yù)測釬焊接頭抗拉強度的方法，并且預(yù)測結(jié)果和實驗值吻合良好。汪殿龍等對導(dǎo)管感應(yīng)釬焊過程進行了數(shù)值模擬，給出了釬焊溫度場的分布規(guī)律。陳興等利用內(nèi)聚力模型對三點彎釬焊接頭裂紋擴展過程進行了數(shù)值模擬，得到的裂紋起裂最大載荷和實驗值非常接近，并根據(jù)損失累積解釋了裂紋擴展規(guī)律。這些預(yù)測釬焊接頭性能（應(yīng)力場、殘余應(yīng)力分布等）的數(shù)值模擬已較為成熟，但僅涉及釬焊接頭的力學(xué)性能。而完整的釬焊包括釬料的涂覆、融化、毛細填充等過程，對這些過程進行一體化研究能夠還原真實的釬焊過程，為焊縫設(shè)置、釬料布置等提供參考。

在微小尺寸焊縫中，毛細力作為主要驅(qū)動力，主導(dǎo)了液態(tài)釬料填充過程，故研究毛細流動的規(guī)律對改善生產(chǎn)工藝具有重要意義。李昊宸等通過實驗研究了液-液兩相毛細流動的機理，發(fā)現(xiàn)兩相驅(qū)替時的動態(tài)接觸角余弦與外加壓差存在線性關(guān)系，并基于該結(jié)論得到兩相驅(qū)替時的液體流動規(guī)律。Wang等基于表面力模型和連續(xù)表面力(continuum surface force，CSF)模型分別模擬了毛細力驅(qū)動下的倒裝芯片填充過程，結(jié)果表明表面力模型在預(yù)測流體前沿形狀方面優(yōu)于CSF模型，而CSF模型對焊點之間毛細力的預(yù)測更準確。姚興軍等基于流體體積(volume of fluid，VOF)和CSF模型求解了4種不同間距的平行平板間毛細流動過程，數(shù)值結(jié)果與解析結(jié)果比較吻合，表明該方法對變截面的毛細流動模擬效果較好。Khor等采用有限體積法對不同焊點排列形狀的倒裝芯片毛細填充過程進行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)不同的焊點排列方式會導(dǎo)致毛細流動行為與填充時間也不同。婁建偉對壓氣機和內(nèi)外環(huán)之間的縫隙連接進行了釬焊仿真，得到了毛細填充過程中銀釬料流動前沿運動和焊接圓角的形成過程。

綜上所述，前人的釬焊研究多集中在固體熱應(yīng)力分析和接頭成型，關(guān)于高溫真空釬焊中釬料融化-流動填充過程的數(shù)值模擬報道較為稀少。為了更好地了解釬料融化過程，研究液態(tài)釬料潤濕、鋪展行為，為改善實際釬焊工藝及為生產(chǎn)過程提供指導(dǎo)，現(xiàn)開展整流器試樣結(jié)構(gòu)釬料融化、流動填充的數(shù)值計算，評估在表面張力和重力的驅(qū)動下液態(tài)釬料填充焊縫的效果。還原真空爐內(nèi)固態(tài)釬料融化為液態(tài)釬料，并在毛細作用下填充焊縫的過程。驗證本釬焊工藝的釬料布置、焊縫間距設(shè)置和溫度控制的合理性。最終給出焊縫內(nèi)釬料填充體積比的經(jīng)驗公式，為實際釬焊過程提供參考。