摘要：为改善某整流器试样结构焊接工艺，对高温真空镍基合金钎焊过程展开了数值模拟研究，建立了高温钎焊真空炉中镍基合金钎料融化-润湿填充焊缝的流动模型。数值计算基于流体体积(volume of fluid，VOF)方法，综合考虑表面张力、重力、相变潜热等因素，采用层流模型求解得到了钎料随时间变化的流动行为。得到了固、液态钎料体积分布和温度场分布。虽然母材表面出现少部分钎料流失行为，并且在局部观察到有焊瘤的形成，但焊缝内钎料的整体填充效果良好，验证了钎焊工艺的钎料布置和温度控制的合理性。给出了关于时间和温度的钎料填充焊缝体积比的经验公式，为实际钎焊过程提供参考。

钎焊是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。航空涡轮发动机是钎焊应用最广泛的领域之一，其工作环境十分恶劣，伴随着很高且分布不均匀的工作温度、高应力和氧化、热腐蚀，故其所采用的铸造材料多为具有较高强度和良好抗氧化、抗腐蚀能力的镍基高温合金。镍基高温合金熔焊性能较差，通常利用真空钎焊连接工件。真空状态下，炉内气体非常稀薄，对流传热作用极其微弱，压气机整流器叶片与外环之间的焊接结构便是通过真空钎焊形成的。整流器不断对空气做功，其制造工艺直接影响压气机的工作性能，所以保证较高的焊接强度非常重要。

由于传统高温焊接试验成本较高，并且内部焊接过程难以直接观测，许多学者开始采用数值模拟方法来预测焊接成型过程。Takeshita等基于有限元方法提出了一种预测钎焊接头抗拉强度的方法，并且预测结果和实验值吻合良好。汪殿龙等对导管感应钎焊过程进行了数值模拟，给出了钎焊温度场的分布规律。陈兴等利用内聚力模型对三点弯钎焊接头裂纹扩展过程进行了数值模拟，得到的裂纹起裂最大载荷和实验值非常接近，并根据损失累积解释了裂纹扩展规律。这些预测钎焊接头性能（应力场、残余应力分布等）的数值模拟已较为成熟，但仅涉及钎焊接头的力学性能。而完整的钎焊包括钎料的涂覆、融化、毛细填充等过程，对这些过程进行一体化研究能够还原真实的钎焊过程，为焊缝设置、钎料布置等提供参考。

在微小尺寸焊缝中，毛细力作为主要驱动力，主导了液态钎料填充过程，故研究毛细流动的规律对改善生产工艺具有重要意义。李昊宸等通过实验研究了液-液两相毛细流动的机理，发现两相驱替时的动态接触角余弦与外加压差存在线性关系，并基于该结论得到两相驱替时的液体流动规律。Wang等基于表面力模型和连续表面力(continuum surface force，CSF)模型分别模拟了毛细力驱动下的倒装芯片填充过程，结果表明表面力模型在预测流体前沿形状方面优于CSF模型，而CSF模型对焊点之间毛细力的预测更准确。姚兴军等基于流体体积(volume of fluid，VOF)和CSF模型求解了4种不同间距的平行平板间毛细流动过程，数值结果与解析结果比较吻合，表明该方法对变截面的毛细流动模拟效果较好。Khor等采用有限体积法对不同焊点排列形状的倒装芯片毛细填充过程进行了数值模拟，发现不同的焊点排列方式会导致毛细流动行为与填充时间也不同。娄建伟对压气机和内外环之间的缝隙连接进行了钎焊仿真，得到了毛细填充过程中银钎料流动前沿运动和焊接圆角的形成过程。

综上所述，前人的钎焊研究多集中在固体热应力分析和接头成型，关于高温真空钎焊中钎料融化-流动填充过程的数值模拟报道较为稀少。为了更好地了解钎料融化过程，研究液态钎料润湿、铺展行为，为改善实际钎焊工艺及为生产过程提供指导，现开展整流器试样结构钎料融化、流动填充的数值计算，评估在表面张力和重力的驱动下液态钎料填充焊缝的效果。还原真空炉内固态钎料融化为液态钎料，并在毛细作用下填充焊缝的过程。验证本钎焊工艺的钎料布置、焊缝间距设置和温度控制的合理性。最终给出焊缝内钎料填充体积比的经验公式，为实际钎焊过程提供参考。