表面活性元素对Marangoni流和熔池形状影响的数值分析

根据合金熔化与凝固过程液相区、固相区和糊状区共存的特点，建立了适合于ＧＴＡ焊接熔化与凝固过程的统一模型控制方程和辅助方程，并用控制容积积分的有限差分法对其进行了数值求解。能量方程中考虑了固／液相变潜热、表面合金元素的气化、表面对流和辐射热损失， 动量方程中考虑了浮力、电磁力和Ｍａｒａｎｇｏｎｉ力驱动流。重点讨论了Ｆｅ－１８Ｃｒ－９Ｎｉ合金中表面活性元素—硫 （Ｓ） 对Ｍａｒａｎｇｏｎｉ力诱导的熔池内涡流环路和熔池形状的影响。结果表明， Ｓ质量分数较小时， 每半个熔池内存在两个相反的涡流环路， 随着Ｓ质量分数的增加向外的流体环路逐渐减弱并消失， 面向内的流体环路逐渐增强与扩大， 造成熔池深度的增加。