熔焊过程中的对流传热原理及方法分析

在熔化微连接中，焊接熔池中同时存在传导与表面传热，其对流和传导换热的重要性可以通过Peclet数（P_e）来评价

式中，u是流体流动的平均速度；L是特征长度（通常取熔池上表面半径）；ρ是密度；C是比热容；k是热导率。当P_e<1时，焊接熔池内传热方式主要是热传导。当P_e>>1时，表面传热是主要传热机制。显然，为了更准确地描述热过程以及研究焊缝组织、晶粒生长、相变动力学、热裂纹以及气孔等，需要在数值模型中考虑表面传热。(www.xing528.com)

Oreper等人^[21，22]在该领域中进行了早期的研究，采用二维模型计算了温度场和速度场、凝固速率以及温度梯度等，并对钨极氩弧焊熔池中的传导和对流作用进行了对比。Zacharia等人^[23，24]采用实验和模拟的方法研究了表面活性剂对焊接熔池尺寸的影响。Betram^[25]研究了传热及流体流动对凝固组织的影响，研究中考虑了液固共存区行为。Lei和Shi等人^[26，27]研究了钨极氩弧焊和激光点焊熔池中的传热和流体流动。Debroy等人^[28，29]提出了一个用于模拟稳态和瞬态熔焊过程中传热以及流体流动的数值模型。该模型用于计算不同材料在静止或移动激光或弧焊热源作用下，焊接熔池尺寸、温度以及速度场。总之，考虑表面传热的数值模型已经被成功应用于研究瞬态熔焊过程的特点^[30]。本章主要讨论求解熔焊过程对流传热的基本原理及方法。