基于电磁力的焊接热裂纹随焊控制新方法

【摘要】： 基于电磁感应的基本原理和对平板焊接构件热裂行为的分析,提出了一种利用电磁力进行随焊控制焊接应变场,从而防止热裂纹的新方法。采用有限元方法分析了各电路参数及几何参数对电磁力大小及分布特性的影响。并希望理论分析结果为实验装置的改进及线圈形状的优化设计提供理论指导。 有限元结果表明:提高电容上的充电电压,电磁力峰值增大;降低电容器的电容量,电磁力峰值减小;工件半径大于线圈外径时,随工件半径的增大,工件上电磁力的大小及位置特性基本不变;随着线圈与工件间隙的减小,工件上的轴向电磁力随间隙减小而显著增大,而径向电磁力变化不明显,电磁力作用范围趋于缩小和集中;随线圈导线宽度的增大,径向及轴向电磁力显著增大,工件上电磁力的位置特性并不发生变化。随着线圈内径的增大,径向及轴向电磁力的作用范围都缩小,随线圈外径的增大,径向及轴向电磁力的作用范围扩大。 进一步分析了温度对于电磁力特性的影响,有限元结果表明:工件恒温加热时,不影响工件上电磁力的位置特性,但改变其大小;当工件上各部分温度不均匀时,工件上感应出的涡电流将优先沿电阻率较低的区域流动,此时工件上电磁力不仅数值发生变化,位置特性也发生显著变化,总的趋势是电磁力集中作用区域向低温区移动。 基于以上有限元分析的结果,初步阐述了电磁力随焊防止热裂纹的机理:在电磁力作用下,处于脆性温度区间的焊缝金属在电磁力作用下产生压缩应变,减小甚至抵消其在凝固过程中的致裂拉伸应变,从而防止热裂纹的产生。