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釺焊過程展開了數值模擬研究，建立了高溫釺焊真空爐中鎳基合金釺料融化-潤濕填充焊縫的流動模型。數值計算基於流體體積(volume of fluid，VOF)方法，綜合考慮表麵張力、重力、相變潛熱等因素，采用層流模型求解得到了釺料隨時間變化的流動行為。得到了固、液態釺料體積分布和溫度場分布。雖然母材表麵出現少部分釺料流失行為，並且在局部觀察到有焊瘤的形成，但焊縫內釺料的整體填充效果良好，驗證了釺焊工藝的釺料布置和溫度控製的合理性。給出了關於時間和溫度的釺料填充焊縫體積比的經驗公式，為實際釺焊過程提供參考。

釺焊是指低於焊件熔點的釺料和焊件同時加熱到釺料熔化溫度後，利用液態釺料填充固態工件的縫隙使金屬連接的焊接方法。航空渦輪發動機是釺焊應用最廣泛的領域之一，其工作環境十分惡劣，伴隨著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，通常利用真空釺焊連接工件。真空狀態下，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之間的焊接結構便是通過真空釺焊形成的。整流器不斷對空氣做功，其製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。

由於傳統高溫焊接試驗成本較高，並且內部焊接過程難以直接觀測，許多學者開始采用數值模擬方法來預測焊接成型過程。Takeshita等基於有限元方法提出了一種預測釺焊接頭抗拉強度的方法，並且預測結果和實驗值吻合良好。汪殿龍等對導管感應釺焊過程進行了數值模擬，給出了釺焊溫度場的分布規律。陳興等利用內聚力模型對三點彎釺焊接頭裂紋擴展過程進行了數值模擬，得到的裂紋起裂最大載荷和實驗值非常接近，並根據損失累積解釋了裂紋擴展規律。這些預測釺焊接頭性能（應力場、殘餘應力分布等）的數值模擬已較為成熟，但僅涉及釺焊接頭的力學性能。而完整的釺焊包括釺料的塗覆、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釺焊過程，為焊縫設置、釺料布置等提供參考。

在微小尺寸焊縫中，毛細力作為主要驅動力，主導了液態釺料填充過程，故研究毛細流動的規律對改善生產工藝具有重要意義。李昊宸等通過實驗研究了液-液兩相毛細流動的機理，發現兩相驅替時的動態接觸角餘弦與外加壓差存在線性關係，並基於該結論得到兩相驅替時的液體流動規律。Wang等基於表麵力模型和連續表麵力(continuum surface force，CSF)模型分別模擬了毛細力驅動下的倒裝芯片填充過程，結果表明表麵力模型在預測流體前沿形狀方麵優於CSF模型，而CSF模型對焊點之間毛細力的預測更準確。姚興軍等基於流體體積(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，數值結果與解析結果比較吻合，表明該方法對變截麵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值模擬，發現不同的焊點排列方式會導致毛細流動行為與填充時間也不同。婁建偉對壓氣機和內外環之間的縫隙連接進行了釺焊仿真，得到了毛細填充過程中銀釺料流動前沿運動和焊接圓角的形成過程。

綜上所述，前人的釺焊研究多集中在固體熱應力分析和接頭成型，關於高溫真空釺焊中釺料融化-流動填充過程的數值模擬報道較為稀少。為了更好地了解釺料融化過程，研究液態釺料潤濕、鋪展行為，為改善實際釺焊工藝及為生產過程提供指導，現開展整流器試樣結構釺料融化、流動填充的數值計算，評估在表麵張力和重力的驅動下液態釺料填充焊縫的效果。還原真空爐內固態釺料融化為液態釺料，並在毛細作用下填充焊縫的過程。驗證本釺焊工藝的釺料布置、焊縫間距設置和溫度控製的合理性。最終給出焊縫內釺料填充體積比的經驗公式，為實際釺焊過程提供參考。