激光焊接是一种高能束流加工方法,其优点主要有焊接效率高、飞溅少、热影响区小、焊缝成形均匀等。从上世纪九十年代初期开始,激光焊接逐渐成为了连接精密敏感、几何形状复杂等工件的专用焊接方式。同时,激光焊接也是一个快速而不均匀的热循环过程,焊接过程中的传热、传质以及熔池流动影响并决定了焊接接头的组织与性能。因此,研究各工艺参数对焊接质量的影响是焊接研究的重点。但是,仅靠焊接工艺实验无法很好定量地分析焊接过程中的物理传输机制,数值模拟技术在激光焊接中的应用随之而生。随着计算机软、硬件的迅速发展,计算机数值模拟技术在激光焊接领域里得到了初步的应用,推动了激光焊接技术不断地向前发展。通过建立复杂的焊接过程物理模型,借助于高效的算法,用计算机程序来模拟实验过程,能够获得实验方法难以得到的熔池内部温度、压力分布信息以及熔池流动行为等重要数据。激光焊接数值模拟会产生大量的分析数据,对于研究人员和工艺人员来说,他们所关心的是这些数据之间内在的联系和规律。这时,就需要依靠数值模拟可视化系统来对结果数据进行可视化。可视化系统将这些抽象、枯燥的数据转换为更利于人们理解的图形、图像,有助于研究人员和工艺人员更加直观地观察和理解焊接的微区传热、传质以及流动过程。目前,尚无专门针对激光焊接数值模拟可视化系统的研究。在此背景下,本文基于激光焊接数值模拟,选择可视化图形开发工具包VTK(Visualization Toolkit)作为算法基础,采用面向对象技术,开发出一款激光焊接熔池流动数值模拟专用的三维可视化系统。首先,研究了可视化图形工具包VTK的类层次结构、图形算法的封装机制以及图形绘制流水线机理,解决了可视化算法的问题。其次,对可视化图形工具包VTK的数据读取接口进行扩展,开发了激光焊接数值模拟计算分析结果数据专用的数据读取接口。最后,详细给出了激光焊接数值模拟可视化系统的设计与实现方法,实现了运动熔池温度场、流动场以及其他海量物理场数据的实时读取、动态显示和微区分析,并支持三维图形的基本操作以及体绘制、等值面渲染等高级可视化图形算法。应用实例表明,基于VTK的激光焊接数值模拟可视化系统能够读取三维可视化数据文件,并对焊接熔池微区温度场、速度场以及压力场进行多种方式的动态显示,并支持体绘制以及等值面渲染等高级图形绘制功能,能够有效地帮助研究人员与工艺人员理解焊接的物理传输过程。