這種能改變焊縫形狀的能力來(lái)自Hartmann效應(yīng)。具體而言，對(duì)于導(dǎo)電液體例如熔融金屬來(lái)說(shuō)，磁場(chǎng)會(huì)誘導(dǎo)電流的產(chǎn)生并創(chuàng)造出洛侖茲力場(chǎng)，與原始熔體流動(dòng)方向相反。
為了演示這種效果，我們模擬了3D傳熱、流體動(dòng)力學(xué)和電磁學(xué)，并為此使用CFD模塊和AC/DC模塊。首先，我們模擬了電磁場(chǎng)來(lái)計(jì)算洛侖茲力;這些結(jié)果作為體積力來(lái)計(jì)算熔池對(duì)流的速度和壓力。這使我們能夠解決傳熱問(wèn)題，速度場(chǎng)來(lái)自之前的對(duì)流模擬。
當(dāng)然，溫度影響著材料的性能，所以我們回過(guò)頭來(lái)重新計(jì)算洛侖茲力，它也取決于流動(dòng)的速度。這個(gè)循環(huán)持續(xù)進(jìn)行直至模擬達(dá)到穩(wěn)態(tài)解決方案所需要的精度;例如，滿足所涉及的所有物理問(wèn)題。為了驗(yàn)證該模型，我們分別在施加磁場(chǎng)和不施加磁場(chǎng)的情況下進(jìn)行焊接，再切開焊縫并得到其宏觀形貌。然后疊加模擬的結(jié)果，結(jié)果顯示出良好的一致性?！　　　?br />用16 kW功率的激光以0.5m/min的速度進(jìn)行焊接，用COMSOL Multiphysics軟件得出的結(jié)果與之相疊加。不施加任何磁場(chǎng)的焊縫會(huì)形成酒杯形狀(如a所示)，在圖b中，B=0.5 T，焊縫更多的像具有直邊的V字形，與酒杯形狀截然不同。(數(shù)據(jù)來(lái)自BAM)　這一焊接過(guò)程極其復(fù)雜，感謝COMSOL Multiphysics軟件幫助我們?cè)O(shè)法獲得了準(zhǔn)確的結(jié)果。我們認(rèn)為COMSOL的優(yōu)點(diǎn)包括易于操作、出色的幾何構(gòu)建和協(xié)調(diào)能力，并且能使用預(yù)定義的多重物理量(Multiphysics)耦合功能，不過(guò)有的選項(xiàng)需要手動(dòng)調(diào)整和修改。例如，具有溫度依賴性的材料屬性，主要來(lái)自實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)或解析式，在固相速度模型使用源項(xiàng)，包括重力效應(yīng)，還有熔化潛熱(latent heat of fusion)。我們可以很方便地在計(jì)算中考慮所有這些因素。
很高興這一軟件能夠比較容易地獲得物理起源的數(shù)據(jù)。感謝COMSOL Multiphysics的模擬，我們已經(jīng)確定了潛在影響，并且知道如何對(duì)付它們。下一步是學(xué)會(huì)如何將這方面的知識(shí)大規(guī)模地付諸實(shí)踐。我們已經(jīng)確定了哪些磁場(chǎng)能改善焊接過(guò)程的質(zhì)量，并且將進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)重新定義整個(gè)焊接過(guò)程。