第38卷第3期 2017年3月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.38No.3 March2017
冷金属过渡下熔融铝合金在钢板上润湿铺展
的数值模拟
曾承宗，林巧力，曹睿，陈剑虹
（兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室，兰州730050）
摘要：采用Fluent软件对冷金属过渡条件下第一个周期内熔融铝合金在Q235钢板上润湿及凝固进行了分析和研究，得出温度场对金属凝固的影响和两者对熔滴润湿铺展能力的影响，以及不同初始参数对熔融铝合金在Q235 钢板表面润湿行为的影响。结果表明，熔融铝合金首先在三相线处开始凝固，这与温度场的分布相一致；已凝固的金属对熔融铝合金的铺展起到一定的阻碍作用：随着初始温度的增加三相线附近局部凝固的固柏体减小，熔融铝合金在Q235钢板上表现出好的润湿性
关键词：冷金属过渡；铝合金-钢：润湿铺展：数值模拟
中图分类号：TG422.3 0序言
文献标识码：A：
文章编号：0253360X(2017)03005705
本身物理化学属性及冷金属过渡焊接的工艺特性，故采用数值模拟的技术对冷金属过渡条件下熔滴铺
随着人们对环境问题的日益关注，绿色和节能已成为汽车行业发展的主题．在保证安全的前提下，减轻车辆自重是节能环保最直接的途径”，因此，人们开始寻找一种力学性能好且质量轻的材料来应用于汽车行业，铝合金就是其中的一种．为实现汽车轻量化，铝-钢的混合结构较为常见．铝合金和钢的物理化学性质相差很大，在焊接过程中易产生硬脆的金属间化合物，降低热输入是减少金属间化合物并实现有效连接的前提条件！2！
Fronius公司基于MIG/MAG焊的基础开发了冷金属过渡技术CMT（coldmetaltransfer，CMT），此技术独特的专家系统特别适用于异种金属以熔钎焊的方式实现连接，从而有效降低铝一钢焊接时的热人[3,4]．另一方面，当液态钎料与钢板接触时，润湿铺展和界面反应是决定接头可靠连接的关键因素[5],
在焊接过程中由于熔滴的尺寸较小，温度极高
且弧光十扰强烈，便得对熔滴的观察及测试极其困难，国内外学者通过数值模拟的方法对不同条件下熔滴在基板上的润湿铺展进行了研究[6.7]，而对冷金属过渡条件下熔滴在母材表面润湿铺展的数值模拟较少．尤其针对冷金属过渡条件下决定体系润湿性的因素仍不十分明确，润湿性的研究需要兼顾材料
收稿日期：2915告数据4
基金项目：图象百然释学基金资助项目（51665031，51675255）
展的动力学行为进行研究， 1数值建模及求解 1.1流动控制方程组
采用流体体积（volumeoffluid，VOF）的三相流模型和凝固熔化模型对CMT第一个周期内熔滴铺展的过程进行求解，其基本控制方程包括连续性方程动量方程和能量方程等：假设铝熔滴和钢母材体积不可压缩且在相变（仅铝合金，钢未熔化）过程中密度不变，则二维连续方程为
u0 Ne,xe
式中：u,"分别为熔滴在x和方向的速度
(1)
采用动量方程对整个区域进行求解，而钢板在整个过程中没有熔化，故对钢板区域进行锁定，使所得速度场为气、液（熔滴）两共用，而钢板在模型中主要起到温度的传导和参与表面张力的计算，表面张力主要通过连续表面张力模型（continuesurface force，CSF）将其作为体积力源项加人动量守恒方程进行计算，故整个流体区域的动量方程组为
=）+G
pa=+y)-
ax
+）+G，
(2)
=+）-y
(3)
式中：μ为动力粘度;P为压强；G.和G,分别为横向