钢基体无熔深熔敷铜高频感应焊接数值模拟研究

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1、硕J：论文钢基体无熔深熔敷铜扇频感J衄焊接数值模拟研究摘要本文主要研究钢基体无熔深熔敷铜高频感应焊接温度场的数值模拟。从感应加热原理及感应熔敷焊特点着手，以电磁学和传热学理论为基础，给出了电磁场和温度场分布的有限元分析模型，建立了感应熔敷焊的数学模型，利用有限元模拟软件ADINA，以内热加载方式对钢基体无熔深熔敷铜高频感应焊接过程温度场进行模拟，得出了感应熔敷焊时工件上的温度场分布规律。对模拟结果分析可知，针对于大直径小壁厚工件，材料为非铁磁性物质时，其表面趋肤效应较铁磁性物质显著减弱，整个铜环及铜钢的界面处温差较小。工

2、件上获得的有效总能量是影响工件上温度场分布的主要因素。分析在不同的电源功率下的温度场分布云图，可知感应熔敷焊中存在功率的临界值，当功率降低到某一临界值时，工件上达到动态热平衡，延长加热时间并不能起到熔化工件的作用。通过对不同边界换热条件下的模拟结果分析，可知电源功率、冷却水流量、通水时问三者存在一最佳匹配，只有当电源功率达到某一值时，控制合适的水流量及通水时间，才能保证铜熔化，钢基体不熔化的技术要求。依据建立的红外测温验证系统，对加热的钢基体表面选定点进行温度采集，与数值模拟的结果进行比较，结果表明：误差值在5‰10％之

3、间，温度变化趋势基本一致。证明了有限元模拟分析方法的可行性，将会对实际工程应用提供有力的技术支持。关键词：钢基体，感应加热，熔敷焊，温度场，数值模拟，有限元分析，ADINAAbstract硕．1：论义Inthispaper,studynumericalsimulationaboutthehigh-frequencyinductionweldingtemperaturefield．establishedmathematicalmodelofinductionweldingcladdingbasedonelectromagn

4、eticandheattransfertheoryandproceedfromcharactersofinductioncladdingwelding．Inordertofindtheruleoftemperaturedistributionwhenwelding,usingADINAtosimulatehighfrequencyinductionweldingtemperaturefield．Theresultsofsimulationanalysisrevealedthat，asforbig-diameterandt

5、hinworkpieces，thesurfaceskineffectobviouslydecreasedandthetemperaturedifferenceoftheentirecopperloopandcopper-steelinterfacewascomparativelysmallwhenmaterialWasferromagnetism．Thetemperaturefielddistributionpictureswithdifferentmainsinputswereanalyzed．Theresultsin

6、dicatedthatthereiscriticalpowerofinductioncladdingwelding．Whenthepowerdropedtocriticalvalue，dynamichotbalanceWasachieved．Andtheworkpiececouldnotbemeltonlybyprolongingheattime．Accordingtothesimulationanalysisofdifferentinterfaceheattransferconditions，theopitimized

7、parameters(mainpoweimput,coolingwaterflux，water-coolingtime)werefound．Moreover,thetechnologicalrequirementofmakingcoppermetlandkeepingsteelsubstrateunmeltcouldonlybeachievedunderoptimizedparameters．Basedontheinfraredtemperaturemeasurementsystem，thetemperaturesofs

8、etpointonthesteelsurfacewereinvestigated．Comparedwithsimulationresults，theconclusioncouldbemade：whenerrorvaluesetintherangeof59'旷10％，thechangetrendoftemperatio