熔焊时，工件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分称为焊接熔池。焊接熔池内的液态金属并非静止不动，而是在多种力的作用下剧烈流动，且伴随着传热、对流与相变等复杂物理过程。显然，焊接液态熔池属于流体力学研究范畴，它的流动行为同样受质量守恒、动量守恒及能量守恒三大方程制约。
作用于焊接熔池液态金属的力主要包括重力、浮力、电磁力、表面张力、电弧力等，如图 2-12所示。其中，电弧力(尤其是在焊接电流小于200A时)与其他几个力比起来较小，常可忽略。
图 2-122 TIG 焊熔池示意图
1.浮力
在焊接过程中，热量往往是从熔池上表面进入工件的，这就造成了熔池内液态金属的温度不均衡，使熔池内液态金属的密度随空间和时间的改变而形成密度梯度。由于密度梯度的存在，液态金属在重力的作用下不能维持先前的静力平衡效应，由此形成了液态金属的流动行为(在温度梯度驱使下)，流动的目的是使液态金属的温度趋于相同。在计算过程中，由温度梯度而引起的浮力有两种处理方法:一是把液态金属的密度视为温度的函数;二是采用Boussinesq假设(不考虑温度改变所造成的密度变化，而将流场中因温度差形成的浮力以源项的方式加入动量方程的源项中)。Boussinesq浮力假设的表达式为
G=-p1gB(T-T0)
式中，P1参考温度T0下液态金属的密度；
g——重力加速度:
β——液态金属的体积膨胀系数:
T0——参考温度，这里取液态金属熔点:
T——流体温度。
2.电磁力
在焊接过程中，电弧区域和熔池区域内存在着自感应磁场，磁场与电流相互作用产生的电磁力(洛伦兹力)作用在焊接熔池中各个质点上。由于电流是分散的，因此其在工件中是不均匀分布的。这就造成工件中电磁力大小分布不均匀，所以液态金属中每个质点所受电磁力大小也各自不同，从而驱使焊接熔池内液态金属流动。在焊接熔池计算模型中，电磁力(洛伦兹力)的计算公式与式(2-46)相同。
3.表面张力
表面张力的大小由熔池表面的温度梯度决定。表面张力和表面张力梯度共同促使液态金属发生对流行为，称为Marangoni对流。Marangoni对流驱使液态金属向表面张力增大的趋势流动。表面张力梯度的大小和方向取决于熔池表面的温度梯度和表面张力对温度的依赖性。Marangoni表面张力可表述为
式中，T——流体温度;
x、y——熔池自由表面所在平面坐标:
Z——工件厚度方向坐标;
u、v——x方向速度分量与y方向速度分量；
μ——液态金属的动力黏度系数:
Y——表面张力;
Y/T——表面张力温度系数。
（内容、图片来源：《焊接过程数值模拟》一书，侵删）
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