基于电磁热力耦合控制焊接冷裂纹机理研究

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1、硕士学位论文基于电磁热力耦合控制焊接冷裂纹机理研究STUDYONCONTROLLINGWELDINGCOLDCRACKWITHHYBRIDELECTROMAGNETICFORCEANDHEATING李金柱哈尔滨工业大学2011年6月国内图书分类号：TG404学校代码：10213国际图书分类号：536.08密级：公开工学硕士学位论文基于电磁热力耦合控制焊接冷裂纹机理研究硕士研究生：李金柱导师：方洪渊教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2011年6月授予学位单位：哈尔滨工业

2、大学lassifiedIndex:TG404U.D.C.:621.791DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYONCONTROLLINGWELDINGCOLDCRACKWITHHYBRIDELECTROMAGNETICFORCEANDHEATINGCandidate：LiJinzhuSupervisor：Prof.FangHongyuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：Mat

3、erialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofOralExamination：June,2011University：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要低合金高强钢由于碳当量大，焊接时对冷裂纹倾向严重，常常需要利用焊前预热或焊后后热等措施来控制冷裂纹，效率低且焊接工作条件苛刻。本论文针对低合金高强钢的焊接特点，提出了基于电磁热力耦合控制焊接

4、冷裂纹的新工艺。该工艺方法是基于随焊电磁感应加热和焊后电磁冲击的复合作用来改善焊缝的组织，降低焊缝根部的横向残余应力并减少焊接接头残余氢的含量，从而达到控制焊缝冷裂纹敏感性的目的。本文首先基于有限元分析软件ABAQUS研究了常规焊和电磁热力耦合焊接过程中温度场、应力场的变化规律以及残余氢的扩散分布规律。在有限元分析过程中，以斜Y坡口冷裂纹拘束试验为分析对象，利用HYPERMESH建立了有限元分析模型，采用FORTRAN语言编程实现了电弧热源和感应加热热源的复合作用。研究结果表明，利用电磁感应加热作为辅助的热源可

5、依据被焊材料的CCT曲线调整其焊接冷却过程，降低焊接接头的冷却速度，延长冷却时间t8/3，改善焊缝组织；同时，电磁热力耦合通过改善焊接接头温度场的不均匀性并在电磁冲击过程对焊缝根部横向进行塑性延展，将焊缝根部的横向残余应力由拉应力降为压应力。采用酒精法测量了常规焊和电磁感应加热焊接接头的平均残余氢含量，实验结果表明，电磁感应加热焊接接头的平均氢含量要远低于常规焊。并以此作为氢扩散有限元数值模拟的初始浓度，有限于分析结果表明，电磁热力耦合和常规焊相比，焊接热影响区的氢浓度峰值显著下降。通过斜Y坡口实验验证了低合金

6、高强钢40CrNiMo分别采用常规焊、电磁感应加热、电磁冲击以及电磁热力耦合焊接时的冷裂纹敏感性。电磁感应加热、电磁冲击以及电磁热力耦合都能在一定程度上降低焊缝表面和横截面裂纹率，但是电磁热力耦合对裂纹的控制效果比电磁感应加热或电磁冲击单独作用的效果要更为显著，电磁热力耦合的表面裂纹率从常规焊的100%降低到了2.98%，横截面裂纹率从100%降低到了1.5%。关键词：焊接冷裂纹；电磁感应加热；电磁冲击；氢扩散-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractHighstrengthlowalloy(HSLA

7、)steelsaresensitivetoweldingcoldcrackduetohighcarbonequivalent.Ingeneral,preheatandpost-heattreatmentsareadoptedtocontrolweldingcoldcrack,buttheseprocesseshaveloweredtheefficiencyofweldinganddeterioratedworkingenvironmentforwelders.Accordingtothecharacterist

8、icofHSLAwelding,anewprocess,weldingwithhybridelectromagneticinductionheatingandelectromagneticimpacting(WEHI)hasbeenproposedinthispaper.Thisprocesssynthesizestheeffectsofelectromagneticinduction