以电磁力驱动锡液进行波峰焊接的技术具有使用成本低、焊点可靠性高的特点,在汽车电子控制电路、医疗器械、打印机等高端精密行业、军工、通讯、电力等领域应用广泛。以金属电磁流控技术为核心的选择性波峰焊设备能够通过控制输入电流或磁场大小实现液柱的稳定喷射、精确控制波峰高度,保证焊接可靠性和有效性。本文将电磁理论和流体理论相结合,使用COMSOL Multiphysics多物理场耦合仿真软件,以获得最适用于焊接的波峰为目的,对波峰焊设备的核心结构波峰发生器进行电-磁-流耦合数值仿真,分别分析了阀体流道形状、尺寸组合和喷嘴形状、尺寸组合对各物理场的影响,并加工最优结构组合进行实验研究。仿真过程中,通过实验测量或查找相关文献获取仿真所需的材料参数,以熔点为183℃的SN63A型焊条作为焊料,在温度230℃条件下测得焊料的密度为8400kg m~3、粘度1.8N?s m~2、电导率6896.5 S m,测得常温下烧结钕铁硼永磁铁磁场强度为4.5685 T。其次,基于COMSOL Multiphysics仿真软件,建立正交模拟方法,综合考虑能源利用率、波峰高度和熔液流动状态,设定阀体和喷嘴的流道模型形状和三维尺寸。使用载荷传递耦合法,并以出口压力值大小为评价依据,对阀体和喷嘴的流道形状、尺寸分别进行模拟,分析阀体和喷嘴的结构尺寸对波峰高度和流动状态的影响。结果表明,以长度L为38 mm、宽度D为6 mm和高度H为61 mm的锥形流道作为波峰发生器能源利用率最高、使用成本更低。一般波峰焊机使用的喷嘴孔径为3-6mm,本文通过仿真选择的喷嘴结构是高度为16 mm、喷嘴孔径为3 mm圆柱形流道喷嘴。实验表明,由于温度和距离的影响,熔锡槽内磁场强度为3.6 T,其余输入条件保持不变,将最佳阀体和喷嘴组合后再进行多场耦合分析,获得仿真喷嘴出口的平均速度为0.7 m/s。实验研究中,根据电磁感应原理,并结合波峰发生器的三维结构,考虑到密封性、绝缘程度、精密度、选材等问题,将阀体设计为主体、阀盖和铁氟龙绝缘壳体三部分,铁氟龙绝缘壳体的内部形状同仿真分析得到的锥形流道,保险起见,主体和阀盖部分仍需镀铁氟龙。其次,基于参数测量实验,设置永磁体的磁场力3.6 T,电流值70 A和锡液温度230℃条件下,分别进行原阀体和最优化阀体与喷嘴波峰实验,并对结果分析处理。结果表明,优化前波峰发生器产生的最大波峰高度为28 mm、出口平均速度0.2 m/s,仅优化喷嘴时最大波峰高度为33 mm、出口速度平均值为0.3 m/s,优化后装置产生的最大波峰高度为42 mm、出口速度平均值为0.6 m/s,即优化后出口速度提高约67%。优化结构仿真出口速度为0.7m/s,实验结果比于仿真结果误差在-14%,且14%＜20%,误差在允许范围内,说明仿真模型的参数设置、简化过程合理,实验装置加工准确,证明了仿真结构的可行性。实验在输入电流50A、磁场强度3.6 T、温度240℃的条件下,获得0-9mm的可调稳定液柱,相对于一般焊接波高0.25-4.3mm,实验所得波高满足绝大部分的焊接场景。