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《青岛科技大学》 2018年
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内孔感应加热器的设计及其对大型筒体加热温度场影响的数值研究

韩硕  
【摘要】:本文以集箱类筒体为研究对象,该类筒体普遍具有管道直径大、管壁较厚、拘束度大等特点,经过焊接作业后,容易产生残余应力,甚至裂纹。因此通过电磁感应加热的方法对这类大型容器的筒体进行焊前预热和焊后热处理以达到消氢和减少消除残余应力的目的,提高它们的性能和质量。由于本文研究的集箱类筒体在外壁存在许多突起结构(管座等),只能考虑从筒体的内部对筒壁进行加热,无法使用常规的感应加热线圈,因此设计了一种特殊形状和结构的加热线圈,使其能够适应大型筒体的内壁感应加热需求。然后在中频感应热处理基本原理的基础上,使用ANSYS软件建立了感应加热问题的耦合场数学模型,并确定了边界条件。其次,利用建立的模型,对该种大型厚壁集箱类筒体压力容器感应加热温度场进行分析,通过电磁场和温度场的耦合计算,研究了不同感应加热参数如匝数,匝间距,加热距离,电流,频率等对电磁感应加热效果的影响。通过模拟分析得出了线圈结构参数和感应加热电参数与加热效果之间的关系:筒体内壁感应加热效果,随着感应线圈匝数的增加,加热效果越来越好。随着匝间距的增加,加热效率逐渐降低。感应线圈距离工件的距离越近,导致漏磁降低,提高了加热效率,但线圈离工件越近受到的工件高温热损伤越严重,需要综合考虑感应线圈距离工件的距离。感应线圈电流与频率对温度的影响规律相同,随着电流或频率的增加,加热效果越来越好。通过各感应加热参数的对比分析,我们最终确定了焊前预热的感应加热参数:电流300A,频率8kHz,线圈与工件的距离为15mm,线圈紧密排列。焊后热处理的感应加热参数:电流525A,频率10kHz,线圈与工件的距离为15mm,线圈紧密排列。最后采用最优的感应加热参数进行感应加热实验,将实验结果和模拟计算结果进行对比,发现两者吻合性较好,验证了模拟计算结果的准确性。
【学位授予单位】:青岛科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG457.5

【参考文献】
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