摘要：為改善某整流器試樣結構焊接工藝，對高溫真空鎳基合金釬焊過(guò)程展開(kāi)了數值模擬研究，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(dòng)模型。數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(shí)間變化的流動(dòng)行為。得到了固、液態(tài)釬料體積分布和溫度場(chǎng)分布。雖然母材表面出現少部分釬料流失行為，并且在局部觀(guān)察到有焊瘤的形成，但焊縫內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(shí)間和溫度的釬料填充焊縫體積比的經(jīng)驗公式，為實(shí)際釬焊過(guò)程提供參考。

釬焊是指低于焊件熔點(diǎn)的釬料和焊件同時(shí)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(dòng)機是釬焊應用最廣泛的領(lǐng)域之一，其工作環(huán)境十分惡劣，伴隨著(zhù)很高且分布不均勻的工作溫度、高應力和氧化、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)之間的焊接結構便是通過(guò)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。

由于傳統高溫焊接試驗成本較高，并且內部焊接過(guò)程難以直接觀(guān)測，許多學(xué)者開(kāi)始采用數值模擬方法來(lái)預測焊接成型過(guò)程。Takeshita等基于有限元方法提出了一種預測釬焊接頭抗拉強度的方法，并且預測結果和實(shí)驗值吻合良好。汪殿龍等對導管感應釬焊過(guò)程進(jìn)行了數值模擬，給出了釬焊溫度場(chǎng)的分布規律。陳興等利用內聚力模型對三點(diǎn)彎釬焊接頭裂紋擴展過(guò)程進(jìn)行了數值模擬，得到的裂紋起裂最大載荷和實(shí)驗值非常接近，并根據損失累積解釋了裂紋擴展規律。這些預測釬焊接頭性能（應力場(chǎng)、殘余應力分布等）的數值模擬已較為成熟，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(guò)程，對這些過(guò)程進(jìn)行一體化研究能夠還原真實(shí)的釬焊過(guò)程，為焊縫設置、釬料布置等提供參考。

在微小尺寸焊縫中，毛細力作為主要驅動(dòng)力，主導了液態(tài)釬料填充過(guò)程，故研究毛細流動(dòng)的規律對改善生產(chǎn)工藝具有重要意義。李昊宸等通過(guò)實(shí)驗研究了液-液兩相毛細流動(dòng)的機理，發(fā)現兩相驅替時(shí)的動(dòng)態(tài)接觸角余弦與外加壓差存在線(xiàn)性關(guān)系，并基于該結論得到兩相驅替時(shí)的液體流動(dòng)規律。Wang等基于表面力模型和連續表面力(continuum surface force，CSF)模型分別模擬了毛細力驅動(dòng)下的倒裝芯片填充過(guò)程，結果表明表面力模型在預測流體前沿形狀方面優(yōu)于CSF模型，而CSF模型對焊點(diǎn)之間毛細力的預測更準確。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(dòng)過(guò)程，數值結果與解析結果比較吻合，表明該方法對變截面的毛細流動(dòng)模擬效果較好。Khor等采用有限體積法對不同焊點(diǎn)排列形狀的倒裝芯片毛細填充過(guò)程進(jìn)行了數值模擬，發(fā)現不同的焊點(diǎn)排列方式會(huì )導致毛細流動(dòng)行為與填充時(shí)間也不同。婁建偉對壓氣機和內外環(huán)之間的縫隙連接進(jìn)行了釬焊仿真，得到了毛細填充過(guò)程中銀釬料流動(dòng)前沿運動(dòng)和焊接圓角的形成過(guò)程。

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