高强度预应力钢棒感应加热过程的数值分析

采用非线性铁磁性材料的电磁场和温度场模型,对高强度预应力钢棒热处理生产线的感应加热过程进行了数值分析。结果表明,数值分析的结果与实际生产线测量得到的钢棒表面温度曲线十分吻合。在此基础上,详细分析了影响加热效率和温度均匀性的主要因素为加热电流频率和感应线圈载荷电流强度。     

脉冲涡流热成像检测激励参数的优化

脉冲涡流热成像无损检测技术可以对金属表面裂纹进行快速、准确地检测,但是不同的激励参数和材料特性对检测结果影响很大。通过建立感应加热二维模型,选取了表面温升和温度升高比两个特征量,分析了铁磁性的45钢和非铁磁性的202不锈钢在加热时间和激励电流频率变化时的感应加热规律,比较了两种材料的涡流场、温度场分布的差异以及激励参数变化对裂纹检测的影响,为实际检测中铁磁性和非铁磁性材料脉冲涡流感应加热激励参数的选取提供了参考。     

高频感应钎焊中电源频率的优化选择

在高频感应钎焊的过程中，要获得良好的钎焊接头，必须要根据接头材料的物理性能选择合适频率的高频电源，采用计算机数值分析手段建立了感应加热电源及其频率范围的选择数值分析模型。研究表明，数值解析法可以作为高频感应钎焊感应加热设备设计的重要方法。在对高频电源电流频率等参数的选择时，利用数值解析模型所得到的解析近似解进行频率选择比传统经验公式更精确。因为后者由平面电磁波在导电媒质中的传播特性导出，更适合于板状结构感应加热时频率的选择。而对于管状或其它复杂形状，利用数值解析解可以较好地对高频电源的频率进行优化选择。     

铜/铝导管感应加热钎焊参数敏感性研究

感应加热是金属导管钎焊的一种有效方法。本文利用有限元分析软件,通过电磁/热耦合计算对Cu/Al金属导管感应加热钎焊过程进行了数值模拟。对不同工艺参数下导管接头的温度场计算的结果表明:钎焊接头钎料区域的平均温度与加载电流及频率基本呈线性关系,并随线圈间距以及线圈与工件距离的增大而减小。将数值模拟计算结果与试验测量结果进行分析比较后表明,温度计算结果与实测结果吻合良好,计算模型可靠,可以为实际焊接过程中的工艺制定提供依据。     

钢轨全断面在线感应加热温度场数值模拟

利用有限元软件ANSYS,对钢轨全断面在线感应加热时的温度场进行数值模拟,分析了在线感应加热过程中钢轨内部温度的变化规律.通过实验与模拟结果对比发现,温度场的模拟结果与实验结果吻合度很好,对后续的工艺和设备的优化起到了一定的指导意义.     

55CrMo钢的奥氏体化相变动力学

为了利用数值模拟技术计算感应加热过程中丝杠的奥氏体化情况,利用Gleeble1500D热模拟试验机,测试了55CrMo钢试样在升温速率为0.05~-50 K/s时的膨胀曲线,得到了它的奥氏体化温度与加热速率的关系。根据相变膨胀曲线,利用杠杆定律得到了奥氏体转变量与温度的关系,并对非等温相变Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程中的动力学参数进行了线性回归分析,得到了JMA相变动力学模型。利用数值模拟技术,计算了丝杠在感应加热时的奥氏体化情况和淬火后的硬度曲线,并与实验结果进行对比。结果表明,模拟结果与实验结果吻合得较好,所得到的JMA方程能较好地描述55CrMo钢的奥氏体化过程。     

感应加热时钢坯物理性能对温度场的影响

为研究钢坯各物理性能在感应加热过程中对温度场的影响,建立移动钢坯的电磁-传热耦合有限元模型,采用单因素分析法首先研究了某一特定物理量对钢坯温度场的影响,接着对比分析了物理性能相差较大的两种钢坯在多物理量均随温度变化时对温度场的影响。结果表明,相对磁导率对截面温度的影响主要由产生的较大感应电流及其较浅趋肤深度导致;在相对磁导率和热导率共同作用下,碳钢芯表温差略有缩小,不锈钢芯表温差略有升高;此外,结合实际加热过程--当多物理性能均随温度变化时,碳钢的电导率和比热容能减弱相对磁导率使加热过程中表面温度快速升高这一影响;最后的试验数据显示,在温度上升趋势一致的同时,理论计算较实际加热的结果高2.44%~6.97%。     

基于感应加热的中碳钢温度控制实验与模拟研究

为了实现金属的快速加热和保温,以实现快速局部等温成形工艺,基于中频感应加热技术,研究了金属的局部快速升温和保温过程的加热制度。以45钢棒料为例,进行了多次感应加热实验,采用多段加热,通过调整不同阶段的加热功率和加热时间,使试样温度快速上升到指定温度并保温,从而得到了使试样局部快速升温并保温的感应加热工艺。为了验证加热过程中试样的温度分布均匀性,利用MSC. Marc有限元软件对该工艺进行模拟,结果表明:模拟与测试结果一致,且通过该工艺得到的试样局部温度分布均匀,因而此快速加热方法可用于中小零件的局部等温成形。     

感应淬火电磁-热耦合场的有限元分析

从麦克斯韦方程组和导热微分方程出发,导出了轴对称感应加热工件的电磁场、感生涡流和温度场分布的基本方程;并以电磁场和温度场有限元分析为基础,建立了二维有限元分析模型,运用通用有限元分析软件ANSYS的耦合计算流程,对实际的工件感应淬火过程进行了仿真.计算中考虑了工件材料物理参数随温度变化对加热过程的影响.仿真结果形象地描述了感应加热中明显的邻近效应和集肤效应,试验工件的电流透入深度大约为3 mm.仿真温度分布曲线与试验曲线相吻合,说明仿真模型的准确性,为进一步研究感应淬火热处理加工过程提供了很好的依据.     

H13热作模具钢感应加热循环过程的数值模拟

基于热作模具钢热疲劳试验国家标准,建立了H13钢热疲劳感应加热循环过程的多物理场耦合数值模型,研究了感应加热循环过程中试样温度的演变规律和应力累积现象,并对试样热疲劳寿命进行预测。研究表明,在感应加热循环过程中,试样心表的温度演变规律存在明显差异。由于集肤效应和试样形状的影响,加热结束时,最大温差出现在试样圆周面与小平面交界部位,约为210℃,最小温差出现在试样有效加热区域的中心,约为85℃;随感应加热循环次数增加,试样的等效应力和最大主应力均呈现累积效应,尤其是试样的拐角部位,经20次循环后其等效应力提高了6%,该处为热疲劳主裂纹的形成和扩展部位;结合数值模拟结果和应变疲劳寿命预测模型,对H13钢热疲劳寿命进行预测发现,试样热疲劳寿命随感应加热循环次数的增加而减小;模拟结果与实验结果吻合,表明本文建立的数值模型可为热疲劳行为的研究提供新的方法和思路。     

金属磁记忆法诊断的理论基础——铁磁性材料的弹—塑性应变磁化

电磁感应定律证明,铁磁性材料在地球磁场中的自发磁化来源于定向应力作用下材料本身的应变和交变应力作用下材料的非对称弹－塑性应变。某种铁磁性材料的自发磁化过程可由该材料的磁化和退磁曲线来估计,由此推得的磁弹性现象图与实验结果相一致。     

孤东采油厂垦东大站强磁防垢室内实验评价

室内磁防垢实验的目的在于检测所选磁化器对现场水质的防垢效果。研究采用了西安石油大学磁防垢项目组设计的强磁防垢室内实验效果评价装置,该装置在材质、形状、传热过程、水流状态、加热温度等方面尽量模拟孤东采油厂垦东大站(KD521)掺水系统,在此实验流程基础上利用金相显微观察法优选磁化器进行室内实验效果评价,找出了最适合KD521掺水系统水质的磁化器类型。室内实验结果表明,磁化系统与空白系统相比,阻垢率为70%左右,而现场应用要好于此效果,建议现场采用强磁防垢装置。     

横向磁通连续感应加热过程中带材涡流场和温度场的仿真分析

基于新型磁-热耦合仿真计算方法,在考虑带材材料物性参数随温度变化的前提下,以45钢带材为例对横向磁通连续感应加热过程中带材表面涡流和温度的分布情况进行了模拟和计算,并与不考虑材料物性参数随温度变化及15MnV钢带材在相同条件下连续感应加热这两种情况进行了对比。结果表明:带材材料物性参数随温度产生的变化对感应加热结果影响较大,且45钢和15MnV钢计算得到的感应加热工艺参数存在较大差异。      

Generalized transient temperature behavior in induction heated workpieces

Electromagnetic–thermal coupled numerical analysis of induction heating is time intensive if three-dimensional models are used. In this study, by processing the results of finite element computations, a dimensional analysis is carried out to predict the transient temperature rise time at the surface of an induction heated workpiece. A unique set of curves is found that describes the transient dimensionless temperature at a point on the surface as a function of the electromagnetic skin depth alone. The effectiveness of the approach is verified by numerical calculations and comparing the dimensionless temperature curves for different heating cases and materials. Effect of temperature dependent thermal properties is also investigated. The consistency of numerical results is also verified by comparison with experiments.     

半固态触变成形二次加热数值模拟及参数优化

半固态触变成形技术以其节省能源、成形力小和近终成形等优点受到广泛关注。通过对ZL101铝合金试样在各种不同工艺参数下的感应加热温度及温度均匀性进行的研究，运用CAE技术模拟加热频率、加热时间、线圈电流强度、线圈尺寸、加热后停留时间等参数对坯料温度场的影响，提出二次加热中获得均匀温度场的工艺条件、参数与措施。模拟结果与感应加热的实测数据具有很好的吻合性。     

ZL112Y半固态连续触变成形料坯的温度场数值模拟

根据半固态连续触变成形的原理,自行设计了一套水平式二次重熔连续感应加热装置。采用商业软件ANSYS对该装置的3台感应加热设备不同加热功率匹配下料坯的温度场进行了计算机模拟,可得到与ZL112Y铝合金所需半固态触变温度为570-572℃相吻合的结果。而且通过模拟,获得了坯料连续式二次重熔时合理的加热参数,即大、中、小3种加热功率设备的电流分别为1350、800、600A,依次加热3min,得到的坯料温度接近于理想的半固态温度。     

三维点式感应淬火电磁热耦合场数值模拟

针对45钢三维点式感应淬火工艺进行参数设计,建立点式感应淬火过程的电磁场及温度场的非线性偏微分方程组,在有限元软件ANSYS中使用耦合场分析的方法实现了对加热功率为36 kW,电流频率为50 kHz的感应热处理工艺的数值模拟.结果表明,在综合考虑表面组织完全奥氏体化及感应加热效率的情况下,该工艺的最佳加热时间约为2 s.通过模拟分别得到使用冷却水和冷却油作为冷却介质时的感应淬火过程中的温度变化规律,结合45钢的连续冷却转变曲线,以马氏体转变临界冷却速度为判断依据,对淬火后工件表面组织进行预测,结果表明两种淬火条件均可以实现表面组织马氏体转变,实现工件的表面强化,且淬硬深度均约为1.0 mm.     

轴承感应拆装的计算机仿真研究

在研究轴承内环感应拆装的基础上,建立了感应加热过程中工件内电磁场和涡流分布的基本方程.通过MATLAB软件对被加热工件进行了电磁场和涡流分布的计算机模拟,形象描述了工件内电磁场的分布规律,证明了集肤效应的存在,为轴承感应拆卸装置的设计研究提供了理论依据.通过对感应加热过程中轴承内环内外表层温度的测试,间接证明了所建模型和计算机仿真的正确性.     

基于ANSYS的U71Mn重轨感应加热温度场数值模拟

利用有限元分析软件对U71Mn重轨感应过程中的温度场分布进行了数值模拟,得到了随时间变化的重轨截面温度分布图,并分析了感应加热整个温升过程的特点.结果表明:通过调整重轨移动速度、加热装置的频率、线圈宽度等工艺参数,可以使重轨连续通过感应加热器的情况下保证轨头升温到相变温度,对U71Mn重轨感应加热工艺的运用和改进具有一定的指导意义.