本文關(guān)鍵詞：高頻直縫焊管動(dòng)態(tài)中頻感應(yīng)加熱過(guò)程數(shù)值分析及實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：目前隨著油氣資源勘探向邊遠(yuǎn)地區(qū)、高寒地區(qū)和深海地區(qū)的發(fā)展,石油焊接管面臨的工作環(huán)境日趨惡劣。為了避免發(fā)生重大損失,必須不斷提高焊縫的質(zhì)量,生產(chǎn)出高性能,高附加值的產(chǎn)品,以滿足焊管行業(yè)日益嚴(yán)格的質(zhì)量需求。高頻直縫焊管在進(jìn)行高頻焊接時(shí),會(huì)形成焊接粗晶熱影響區(qū),該區(qū)域的組織性能與母材相比有很大差異,因此會(huì)嚴(yán)重影響焊縫質(zhì)量。我們必須對(duì)其進(jìn)行中頻熱處理,來(lái)改善焊縫的組織性能,降低焊縫區(qū)與母材之間的性能差異。中頻熱處理過(guò)程中焊縫處的溫度場(chǎng)分布是決定焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵,因此探究動(dòng)態(tài)感應(yīng)加熱過(guò)程中焊縫處的三維溫度場(chǎng)形態(tài)是非常有必要的。本文針對(duì)高頻直縫焊管的中頻熱處理過(guò)程進(jìn)行了如下內(nèi)容的研究工作:(1)根據(jù)高頻直縫焊管中頻熱處理的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種基于ANSYS軟件的對(duì)高頻直縫焊管中頻熱處理過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真的模擬方法。通過(guò)感應(yīng)線圈和焊管之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),建立了將運(yùn)動(dòng)因素考慮在內(nèi)的三維電磁-熱耦合數(shù)學(xué)模型,依據(jù)該模型可以實(shí)現(xiàn)具有不同電流密度和電流頻率的兩個(gè)感應(yīng)線圈同時(shí)對(duì)焊縫進(jìn)行感應(yīng)加熱;探究了感應(yīng)線圈的步進(jìn)距離對(duì)焊縫處溫度場(chǎng)的影響以及穩(wěn)定溫度場(chǎng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。(2)分別對(duì)高頻直縫焊管的中頻感應(yīng)加熱過(guò)程進(jìn)行了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種仿真,并將計(jì)算所得的溫度分布進(jìn)行了研究和對(duì)比分析;對(duì)中頻熱處理過(guò)程的電磁-熱耦合過(guò)程進(jìn)行了量化分析;利用MATLAB軟件將最終得到的穩(wěn)定溫度場(chǎng)進(jìn)行曲面擬合,探究穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的邊界形態(tài)。(3)通過(guò)構(gòu)建橫向磁通感應(yīng)加熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)時(shí)測(cè)溫控制系統(tǒng),對(duì)直縫焊管進(jìn)行橫向磁通感應(yīng)加熱實(shí)驗(yàn),然后對(duì)熱影響區(qū)內(nèi)六個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的升溫曲線進(jìn)行了對(duì)比分析;通過(guò)采用相同的模擬方法對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,并將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性;通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)所得溫度場(chǎng)的分布規(guī)律進(jìn)行分析,再次驗(yàn)證有限元計(jì)算的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：感應(yīng)加熱 溫度分布 數(shù)值分析 高頻直縫焊管
【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;TG156.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 在焊管感應(yīng)焊接方面11-12
• 1.2.2 在感應(yīng)熱處理方面12-14
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容及意義14-16
• 第2章 中頻感應(yīng)加熱基本理論16-27
• 2.1 感應(yīng)加熱基本原理16-18
• 2.2 電磁場(chǎng)分析18-21
• 2.2.1 電磁場(chǎng)基本原理18-19
• 2.2.2 電磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型的建立19-21
• 2.3 溫度場(chǎng)分析21-24
• 2.3.1 熱傳遞的幾種方式22
• 2.3.2 溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型的建立22-24
• 2.4 有限元軟件的選取24-26
• 2.4.1 ANSYS軟件中的耦合分析24-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第3章 中頻感應(yīng)加熱數(shù)值模擬27-49
• 3.1 中頻感應(yīng)加熱有限元模型的建立27-36
• 3.1.1 模擬方案27-28
• 3.1.2 假設(shè)條件及關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的處理28-30
• 3.1.3 程序設(shè)計(jì)原則30-31
• 3.1.4 實(shí)驗(yàn)材料及性能31-32
• 3.1.5 幾何模型32
• 3.1.6 單元選擇與網(wǎng)格劃分32-35
• 3.1.7 物理環(huán)境的創(chuàng)建35-36
• 3.2 有限元模擬溫度分布結(jié)果36-42
• 3.2.1 中頻感應(yīng)加熱過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真37-38
• 3.2.2 步進(jìn)距離對(duì)加熱效果的影響38-42
• 3.3 中頻感應(yīng)加熱過(guò)程溫度場(chǎng)穩(wěn)定性的研究42-47
• 3.3.1 溫度場(chǎng)分布42-44
• 3.3.2 溫度場(chǎng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)44-45
• 3.3.3 滯后性研究45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第4章 中頻感應(yīng)加熱過(guò)程的動(dòng)態(tài)分析49-69
• 4.1 中頻感應(yīng)加熱過(guò)程的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)分析49-56
• 4.1.1 中頻感應(yīng)加熱過(guò)程的靜態(tài)仿真49-52
• 4.1.2 中頻感應(yīng)加熱過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真52-54
• 4.1.3 靜態(tài)仿真和動(dòng)態(tài)仿真對(duì)熱影響區(qū)的影響54-56
• 4.2 中頻感應(yīng)加熱過(guò)程的電磁-熱耦合分析56-60
• 4.2.1 焊縫外表面云圖分析56-57
• 4.2.2 焊縫中心軸向截面云圖分析57-60
• 4.3 感應(yīng)加熱過(guò)程三維穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的數(shù)值擬合60-68
• 4.3.1 探究熱處理溫度邊界61-65
• 4.3.2 速度對(duì)雙橢球參數(shù)的影響65-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 第5章 感應(yīng)加熱和測(cè)溫實(shí)驗(yàn)69-77
• 5.1 引言69
• 5.2 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作69-72
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)69-71
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)方案和對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)的檢驗(yàn)71-72
• 5.3 實(shí)驗(yàn)部分的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析72-75
• 5.4 探究實(shí)驗(yàn)部分的溫度場(chǎng)形態(tài)75-76
• 5.5 本章小結(jié)76-77
• 結(jié)論77-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果83-84
• 致謝84

【相似文獻(xiàn)】

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