文档介绍：南京理工大学
硕士学位论文
钢基体无熔深熔敷铜高频感应焊接数值模拟研究
姓名:郭松军
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:徐越兰;余进
20090622
模拟的结果进行比较,结果表明:误差值在ブ洌露缺浠魇苹疽恢隆V摘要关键词:钢基体,感应加热,熔敷焊,温度场,数值模拟,有限元分析,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。硕郝畚钢基体无熔深熔敷铜扇频感附邮的D庋芯
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研究生签名:—盟荇研究生签名:耷童圣聋叫引月佣沙辏恢徊嗜声学位论文使用授权声明明过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发表或公布材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档,可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容,可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文,按保密的有关规定和程序处理。
髀本课题的研究背景和意义随着经济的迅速发展和科学技术的不断进步,新材料、新工艺、新设备不断涌现,对零部件的性能提出了越来越高的要求,铜钢异种金属间的焊接复合件因在性能与经济上具有居多优势,因而具有广阔的应用前景,如弹带上钢与纯铜的熔敷扩散焊接【浚炉炼钢工程的氧气管道需要采用铜管和不锈钢管焊接【浚乱淮娇辗⒍捎酶跚铜与双相不锈钢电子束焊接【康取T谕趾附又校胩牡既认凳蛘拖凳土ρ性能等都有很大的不同【,容易在焊接接头中产生应力集中,导致各种焊接裂纹。另一方面,铜与钢的原子半径、晶格类型、晶格常数及原子外层电子数目等都比较接近,且铜与铁属于在液态时无限互溶,在固态下,虽为有限互溶,但并不形成脆性金属间化合物,而是以双相组织存在,使得二者之间焊接成为可能,目前针对铜钢异种金属问的焊接有多种方法,比如等离子弧、⒏咂蹈杏Α⑵灞;ち⒄婵章热鄯蠛工艺,另有压焊、爆炸焊、真空扩散焊、,:。,,取得了相关专利。通常铜钢熔化焊或堆焊时钢基体的熔化在所难免,对于弹带焊接,若铁渗入铜中将会引起弹带性能很大变化,钢基体一旦熔化,铁的熔入量将无法控制,即无法控制“泛铁窒螅A吮Vさ男阅懿捎昧无熔深熔敷焊接的设计思想,从根本上消除“泛铁’’现象,利用自外而内的加热方式,对于感应加热,由于其表面效应,先对铜带外表面感应层进行加热,随后加热层向内延伸,由于铜的屏蔽效应,钢基体并不产热,熔敷焊时弹体只受到热传导的热作用。由于感应加热速度很快,因而从铜带到弹体存在很大的温度梯度,铜温度高而弹体温度低,因钢的熔点要超过纯铜约妫试诶砺凵侠此悼梢员Vさ宀蝗刍5谑导屎附过程中由于铜环套在弹体外表面,铜环外包裹一层陶瓷圈并添加了钎剂,因而无法准确预知铜钢结合处温度,无法精确控制铜熔化,钢基体不熔化的准确时间,通常情况下只是根据经验来控制加热时间,估算钢基体上所达到的温度,因此采用数值模拟方法来实现对焊接过程的准确控制显得尤为重要。众所周知,感应加热本身是一个复杂的物理过程,它牵涉到电、磁、热、相变、力学方面的综合知识。交变的电场产生交变的磁场,变化的磁场同时