本文關(guān)鍵詞：低電熱條件下脈沖電流輔助焊接數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 脈沖電流 焊接熱影響區(qū) 電磁場(chǎng) 相變 組織

【摘要】：脈沖電流對(duì)金屬凝固以及固態(tài)相變影響的研究在國內(nèi)外已經(jīng)普遍開展。經(jīng)過文獻(xiàn)查閱,作者發(fā)現(xiàn)將脈沖電流應(yīng)用到復(fù)雜的焊接過程中的并不多見,脈沖電流改變焊縫區(qū)域以及熱影響區(qū)域的組織和性能的研究也不多見。焊接接頭性能與粗晶區(qū)的面積大小關(guān)系密切,埋弧焊較大的熱輸入量會(huì)擴(kuò)大粗晶區(qū)面積從而使接頭性能變差。焊接質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到焊件的壽命,而對(duì)于X80級(jí)別以上的高級(jí)別管線鋼焊接質(zhì)量要求更高。本文采用脈沖電流輔助焊接的方式來改善焊接接頭性能,應(yīng)用數(shù)值模擬以及理論和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法對(duì)脈沖電流對(duì)焊接過程影響進(jìn)行研究。本文主要研究的內(nèi)容:(1)ANSYS有限元模擬。使用ANSYS對(duì)施加脈沖電流過程的焊接過程進(jìn)行熱、電、磁耦合分析。在低電熱條件下分別從脈沖寬度、脈沖頻率和輸入電流等參數(shù)的改變分析了焊接接頭焊縫以及熱影響區(qū)各部位的電磁參數(shù)隨脈沖參數(shù)改變的規(guī)律。(2)基于鐵磁學(xué)理論對(duì)簡化后的脈沖電流電磁場(chǎng)進(jìn)行了分析,并結(jié)合固態(tài)相變理論對(duì)焊接凝固及冷卻過程中脈沖電磁場(chǎng)對(duì)焊縫以及熱影響區(qū)的影響進(jìn)行了理論分析。分析發(fā)現(xiàn)脈沖電磁場(chǎng)會(huì)影響α相和γ相有不同影響,脈沖電磁場(chǎng)會(huì)促使γ相的轉(zhuǎn)變,進(jìn)而細(xì)化晶粒。(3)焊接實(shí)驗(yàn)研究。制定實(shí)驗(yàn)參數(shù)表并按照實(shí)驗(yàn)參數(shù)表上的各個(gè)脈沖電流參數(shù)對(duì)試樣在焊接過程中施加脈沖電流,并從焊縫以及熱影響區(qū)不同位置晶粒度大小出發(fā)討論脈沖參數(shù)對(duì)各部位影響的程度。(4)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬,通過數(shù)值模擬的結(jié)果證實(shí)了實(shí)驗(yàn)參數(shù)為低電熱條件,同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：脈沖電流 焊接熱影響區(qū) 電磁場(chǎng) 相變 組織
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG44
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 管線鋼的發(fā)展概況及埋弧焊焊接接頭性能研究進(jìn)展12-14
• 1.2.1 國內(nèi)外管線鋼生產(chǎn)及發(fā)展?fàn)顩r12-13
• 1.2.2 埋弧焊的特點(diǎn)及高效埋弧焊13
• 1.2.3 埋弧焊焊接接頭性能缺陷13-14
• 1.3 脈沖電場(chǎng)與脈沖磁場(chǎng)作用下的金屬凝固及固態(tài)相變研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3.1 脈沖電場(chǎng)作用下的金屬凝固研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 脈沖電場(chǎng)作用下的固態(tài)金屬研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.3 脈沖磁場(chǎng)作用下的金屬凝固研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3.4 脈沖磁場(chǎng)作用下的固態(tài)金屬研究現(xiàn)狀17
• 1.3.5 脈沖電、磁場(chǎng)作用下的焊接過程研究進(jìn)展17-18
• 1.4 課題的主要研究內(nèi)容18-19
• 第2章 焊接理論基礎(chǔ)19-25
• 2.1 引言19
• 2.2 焊接熱源19-22
• 2.2.1 集中熱源20
• 2.2.2 平面分布熱源20-21
• 2.2.3 體積分布熱源21-22
• 2.3 焊接過程的熱傳導(dǎo)22
• 2.4 焊接的冶金過程22-24
• 2.4.1 焊接金屬形核理論23
• 2.4.2 焊縫金屬的固態(tài)相變23-24
• 2.5 ANSYS分析過程中電參數(shù)的加載24
• 2.6 本章小結(jié)24-25
• 第3章 低電熱條件下脈沖電流輔助焊接的熱電磁耦合分析25-49
• 3.1 引言25
• 3.2 ANSYS簡介25
• 3.3 焊接試件長度的確定25-30
• 3.3.1 原始幾何模型的建立25-26
• 3.3.2 原始有限元模型的建立26-27
• 3.3.3 焊接過程載荷的加載27-29
• 3.3.4 焊后溫度場(chǎng)分析29-30
• 3.4 ANSYS熱、電、磁耦合分析過程30-35
• 3.4.1 試件長度確定后的模型31-32
• 3.4.2 常規(guī)焊接溫度場(chǎng)32-33
• 3.4.3 脈沖電流輔助焊接帶來的溫度變化33-35
• 3.5 脈沖電流輔助焊接過程的電磁場(chǎng)分析35-48
• 3.5.1 不同焊接時(shí)刻脈沖電流密度的分布37-38
• 3.5.2 焊接時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度沿截面的分布38
• 3.5.3 焊接不同時(shí)刻不同位置的電磁力分析38-41
• 3.5.4 不同脈沖寬度下的電磁場(chǎng)分析41-43
• 3.5.5 不同脈沖頻率下的電磁場(chǎng)分析43-46
• 3.5.6 不同輸入電流下的電磁場(chǎng)分析46-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第4章 基于鐵磁學(xué)的輔助脈沖電流電磁場(chǎng)下焊接金屬凝固及固態(tài)相變的理論分析49-57
• 4.1 引言49
• 4.2 脈沖電流電磁場(chǎng)分布的理論分析49-52
• 4.3 脈沖電磁場(chǎng)對(duì)焊接接頭不同部位影響52-55
• 4.3.1 鐵磁性和順磁性物質(zhì)的性質(zhì)52
• 4.3.2 脈沖電磁場(chǎng)對(duì)凝固過程的影響52-53
• 4.3.3 脈沖電磁場(chǎng)對(duì)冷卻過程中焊縫以及熱影響區(qū)γ相和α相的影響53-55
• 4.4 本章小結(jié)55-57
• 第5章 輔助脈沖電流作用下的焊接實(shí)驗(yàn)研究57-71
• 5.1 引言57
• 5.2 實(shí)驗(yàn)用鋼的電阻率測(cè)試57
• 5.3 焊接實(shí)驗(yàn)57-62
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及注意事項(xiàng)58-59
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)材料59-60
• 5.3.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容60-61
• 5.3.4 焊接實(shí)驗(yàn)結(jié)果61-62
• 5.4 金相實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析62-66
• 5.4.1 試樣制備及實(shí)驗(yàn)設(shè)備62-63
• 5.4.2 各參數(shù)下位置2處的金相圖63-65
• 5.4.3 不同位置晶粒度測(cè)量65-66
• 5.5 實(shí)驗(yàn)部分模擬66-70
• 5.5.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)下的溫度場(chǎng)67
• 5.5.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)下各位置的溫度升高值67-68
• 5.5.3 不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)下各點(diǎn)的電磁力大小68-70
• 5.5.4 實(shí)驗(yàn)參數(shù)下的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布70
• 5.6 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 致謝77

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