低电热条件下脉冲电流辅助焊接数值模拟及实验研究

发布时间：2017-10-14 16:20

  本文关键词：低电热条件下脉冲电流辅助焊接数值模拟及实验研究

  更多相关文章： 脉冲电流 焊接热影响区 电磁场 相变 组织

【摘要】：脉冲电流对金属凝固以及固态相变影响的研究在国内外已经普遍开展。经过文献查阅,作者发现将脉冲电流应用到复杂的焊接过程中的并不多见,脉冲电流改变焊缝区域以及热影响区域的组织和性能的研究也不多见。焊接接头性能与粗晶区的面积大小关系密切,埋弧焊较大的热输入量会扩大粗晶区面积从而使接头性能变差。焊接质量的好坏直接关系到焊件的寿命,而对于X80级别以上的高级别管线钢焊接质量要求更高。本文采用脉冲电流辅助焊接的方式来改善焊接接头性能,应用数值模拟以及理论和实验研究相结合的方法对脉冲电流对焊接过程影响进行研究。本文主要研究的内容:(1)ANSYS有限元模拟。使用ANSYS对施加脉冲电流过程的焊接过程进行热、电、磁耦合分析。在低电热条件下分别从脉冲宽度、脉冲频率和输入电流等参数的改变分析了焊接接头焊缝以及热影响区各部位的电磁参数随脉冲参数改变的规律。(2)基于铁磁学理论对简化后的脉冲电流电磁场进行了分析,并结合固态相变理论对焊接凝固及冷却过程中脉冲电磁场对焊缝以及热影响区的影响进行了理论分析。分析发现脉冲电磁场会影响α相和γ相有不同影响,脉冲电磁场会促使γ相的转变,进而细化晶粒。(3)焊接实验研究。制定实验参数表并按照实验参数表上的各个脉冲电流参数对试样在焊接过程中施加脉冲电流,并从焊缝以及热影响区不同位置晶粒度大小出发讨论脉冲参数对各部位影响的程度。(4)对实验过程参数进行了数值模拟,通过数值模拟的结果证实了实验参数为低电热条件,同时通过实验也验证了模拟结果的准确性。
【关键词】：脉冲电流 焊接热影响区 电磁场 相变 组织
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG44
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 管线钢的发展概况及埋弧焊焊接接头性能研究进展12-14
• 1.2.1 国内外管线钢生产及发展状况12-13
• 1.2.2 埋弧焊的特点及高效埋弧焊13
• 1.2.3 埋弧焊焊接接头性能缺陷13-14
• 1.3 脉冲电场与脉冲磁场作用下的金属凝固及固态相变研究现状14-18
• 1.3.1 脉冲电场作用下的金属凝固研究现状14-15
• 1.3.2 脉冲电场作用下的固态金属研究现状15-16
• 1.3.3 脉冲磁场作用下的金属凝固研究现状16-17
• 1.3.4 脉冲磁场作用下的固态金属研究现状17
• 1.3.5 脉冲电、磁场作用下的焊接过程研究进展17-18
• 1.4 课题的主要研究内容18-19
• 第2章 焊接理论基础19-25
• 2.1 引言19
• 2.2 焊接热源19-22
• 2.2.1 集中热源20
• 2.2.2 平面分布热源20-21
• 2.2.3 体积分布热源21-22
• 2.3 焊接过程的热传导22
• 2.4 焊接的冶金过程22-24
• 2.4.1 焊接金属形核理论23
• 2.4.2 焊缝金属的固态相变23-24
• 2.5 ANSYS分析过程中电参数的加载24
• 2.6 本章小结24-25
• 第3章 低电热条件下脉冲电流辅助焊接的热电磁耦合分析25-49
• 3.1 引言25
• 3.2 ANSYS简介25
• 3.3 焊接试件长度的确定25-30
• 3.3.1 原始几何模型的建立25-26
• 3.3.2 原始有限元模型的建立26-27
• 3.3.3 焊接过程载荷的加载27-29
• 3.3.4 焊后温度场分析29-30
• 3.4 ANSYS热、电、磁耦合分析过程30-35
• 3.4.1 试件长度确定后的模型31-32
• 3.4.2 常规焊接温度场32-33
• 3.4.3 脉冲电流辅助焊接带来的温度变化33-35
• 3.5 脉冲电流辅助焊接过程的电磁场分析35-48
• 3.5.1 不同焊接时刻脉冲电流密度的分布37-38
• 3.5.2 焊接时磁感应强度沿截面的分布38
• 3.5.3 焊接不同时刻不同位置的电磁力分析38-41
• 3.5.4 不同脉冲宽度下的电磁场分析41-43
• 3.5.5 不同脉冲频率下的电磁场分析43-46
• 3.5.6 不同输入电流下的电磁场分析46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 基于铁磁学的辅助脉冲电流电磁场下焊接金属凝固及固态相变的理论分析49-57
• 4.1 引言49
• 4.2 脉冲电流电磁场分布的理论分析49-52
• 4.3 脉冲电磁场对焊接接头不同部位影响52-55
• 4.3.1 铁磁性和顺磁性物质的性质52
• 4.3.2 脉冲电磁场对凝固过程的影响52-53
• 4.3.3 脉冲电磁场对冷却过程中焊缝以及热影响区γ相和α相的影响53-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第5章 辅助脉冲电流作用下的焊接实验研究57-71
• 5.1 引言57
• 5.2 实验用钢的电阻率测试57
• 5.3 焊接实验57-62
• 5.3.1 实验设备及注意事项58-59
• 5.3.2 实验材料59-60
• 5.3.3 实验内容60-61
• 5.3.4 焊接实验结果61-62
• 5.4 金相实验及实验结果分析62-66
• 5.4.1 试样制备及实验设备62-63
• 5.4.2 各参数下位置2处的金相图63-65
• 5.4.3 不同位置晶粒度测量65-66
• 5.5 实验部分模拟66-70
• 5.5.1 实验参数下的温度场67
• 5.5.2 实验参数下各位置的温度升高值67-68
• 5.5.3 不同实验参数下各点的电磁力大小68-70
• 5.5.4 实验参数下的磁感应强度分布70
• 5.6 本章小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邢玉荣;王淑花;;焊接方法对1Cr18Ni9Ti钢焊接接头性能的影响[J];煤炭技术;2006年07期

2 常铁军;龚正春;李子峰;王长柏;;T91钢TIG+MIG焊接接头性能及组织[J];焊接学报;2005年12期

3 许贵芝;;影响铝合金焊接接头性能的若干因素[J];航空精密制造技术;2007年04期

4 何龙标;李路明;吴敏生;;电弧超声参数对焊接接头性能的影响[J];清华大学学报(自然科学版);2010年02期

5 亢裕庆;;焊接接头性能影响因素的分析[J];科技创业家;2012年13期

6 阳代军,霍立兴,张玉凤;聚乙烯管道热熔对接焊工艺参数对焊接接头性能的影响[J];焊管;2004年01期

7 王淑花;陈洪玉;董胜敏;;热处理对1Cr18Ni9Ti钢焊接接头性能的影响[J];热加工工艺;2006年03期

8 许贵芝;;焊接规范对管道焊接接头性能的影响[J];焊管;2006年05期

9 陆善平;魏世同;李殿中;李依依;何广忠;赵旭;;焊丝成分对高速列车转向架焊接接头性能的影响[J];焊接学报;2010年06期

10 弗·谢·布特;谢·尤·马克西莫夫;张琳琳;郭宁;;流体静压力对水下湿法焊接接头性能的影响[J];机械制造文摘(焊接分册);2011年05期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 李荣锋;;爆炸处理提高钢材与焊接接头性能新技术[A];中国金属学会第一届青年学术年会论文集[C];2002年

2 王长利;赵秀芝;;空间热循环及原子氧对铝合金焊接接头性能的影响[A];2010年海峡两岸材料破坏/断裂学术会议暨第十届破坏科学研讨会/第八届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2010年

3 张亚奇;李春光;李宜男;;异种钢隔离层焊接接头性能研究[A];中国机械工程学会压力容器制造委员会2011年年会暨技术交流会论文集[C];2011年

4 段欣;杨万良;宋亚峰;张艳;高杰;;L360QS/N08825复合管及焊接接头性能研究[A];第三届层压金属复合材料开发与应用学术研讨会文集[C];2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 赵伟松;低电热条件下脉冲电流辅助焊接数值模拟及实验研究[D];燕山大学;2016年

2 夏羽;能量的传递与转换作用对磁脉冲焊接接头性能的影响研究[D];北京工业大学;2012年

3 尹文锋;316L/Q235异种钢焊接接头性能研究及焊接过程数值模拟[D];西南石油大学;2013年

4 赵宾灵;风机叶轮用合金钢材料及其焊接接头性能分析[D];西安理工大学;2010年

5 张春艳;WC-30Co/碳钢异质接头TIG焊显微组织与性能研究[D];大连铁道学院;2001年

6 郝剑;活性剂对Inconel 601镍基高温合金焊接接头性能的影响[D];天津大学;2012年

7 郭兆彬;构架转向架用S355J2W+N低合金钢及其接头热矫正性能研究[D];大连交通大学;2015年

，

本文编号：1032030