焊接熔池流体流动的驱动力优化

当模拟熔化微连接过程中焊接熔池内流体的流动时，在数学模型中通常要包含以下驱动力。

1）表面张力梯度驱动力，也称为Marangoni应力，是影响熔池金属流动以及温度的重要因素。表面张力直接影响熔池内金属的流动以及温度。Marangoni应力由焊接熔池表面温度决定。对于纯金属，表面张力随着温度的增加而降低，即。当添加表面活性元素，如S、O、Se和Te时，表面张力不仅依赖于温度，还依赖于这些活性元素的浓度。在某种条件下，表面张力随着温度增加而增加，即。表面张力的温度系数不同时，流体流动的方向是相反的，势必导致焊接熔池形状的变化。

2）当热源是焊接电弧时，弧焊电流在进入金属后会分散，电场和磁场的相互作用产生电磁力。电磁力将推动熔池中心金属向下流动，接着流回熔合线附近的上表面。在焊接熔池的上表面，金属从边缘向中心流动。

3）浮力主要是由于温度梯度以及浓度梯度引起的，会导致熔池密度的不同。温度高的地方密度低，从而向焊接熔池的上表面流动。如果溶质的密度高于溶剂，高浓度部分向熔池底部流动。通常浮力是自然对流的主要原因，但是没有电磁力以及Ma-rangoni应力的影响大，因此模拟中通常不考虑。(www.xing528.com)

4）不同于宏观的熔焊过程，在熔化微焊接过程中通常不出现熔滴过渡的过程，因此，不需模拟液滴与熔池的碰撞以及该过程的传热传质过程。对于需考虑熔滴过渡的熔焊模拟，可以参照文献^[8]。

5）熔池表面的金属蒸发不仅影响熔池的温度，还会引起反冲力下压熔池表面。由于热源特性的不同，如电子束和钨极电弧，金属蒸发对熔池表面形状以及温度分布的影响也不同。