基于電磁力的焊接熱裂紋及變形隨焊控制新方法.pdf

1、基于電磁感應(yīng)原理，針對(duì)焊接熱裂紋和焊接變形問題，提出了一種在焊接過程中基于電磁力作用（WTIEF）控制焊接應(yīng)力應(yīng)變的方法。該方法為非接觸施力，可以避免焊縫表面損傷，從而降低對(duì)接頭力學(xué)性能的破壞，特別是疲勞性能。另外，該方法還具有能量易于控制、設(shè)備更加柔性化等特點(diǎn)。文中借助ANSYS軟件討論了電磁線圈的形式、電磁力的作用特點(diǎn)、工件的塑性變形行為、裝置和工藝參數(shù)對(duì)電磁力的影響。研制了隨焊電磁沖擊裝置，采用與焊槍同軸放置的平面螺旋線圈+集磁器

2、（FCC）的線圈形式實(shí)現(xiàn)了焊接熱裂紋的隨焊控制。實(shí)現(xiàn)了利用電磁力焊接變形的焊后控制，提出了動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力的概念，并確定了隨焊控制焊接變形的最佳施力位置。
　　文中討論了電磁力及工件塑性變形模擬時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)線圈磁場(chǎng)、放電電流進(jìn)行了測(cè)量，驗(yàn)證了電路-電磁耦合有限元模型的正確性。通過搭建單次電磁沖擊原理性裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)板材的單次電磁沖擊實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了電路-電磁-結(jié)構(gòu)耦合有限元模型的正確性。
　　系統(tǒng)分析了平面螺旋線圈電磁力的作用特

3、性。研究發(fā)現(xiàn)，軸向力（垂直工件的力）在放電電流的第一半波時(shí)間內(nèi)幾乎始終垂直工件向下，且遠(yuǎn)大于徑向力（平行工件的力），有利于對(duì)熱態(tài)焊縫及近縫區(qū)金屬的延展。當(dāng)線圈置于合適位置時(shí)，徑向力的分布同樣有利于焊接熱裂紋和焊接變形的控制。研究了溫度對(duì)電磁力的影響及工件存在高斯溫度分布時(shí)電磁力的作用特性。隨著溫度的升高，軸向力減小，徑向力增大。工件存在高斯溫度分布時(shí)，與室溫條件相比，軸向力減小，最大作用點(diǎn)的徑向位置外移；徑向力增大，換向點(diǎn)的徑向位置內(nèi)移

4、。
　　進(jìn)行了WTIEF魚骨焊接試件熱裂紋的控制實(shí)驗(yàn)。FCC感應(yīng)器能夠使磁場(chǎng)集中在小范圍作用區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫區(qū)施力，但其存在一定能量損失。合理尺寸的FCC感應(yīng)器與焊槍同軸放置時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)脆性溫度區(qū)間的擠壓，從而使熱裂紋得到控制。焊接裂紋率隨電壓和沖擊頻率的增加而減小。
　　在平面螺旋線圈作用下工件在軸向力最大位置附近產(chǎn)生拉伸塑性應(yīng)變，因此采用平面螺旋線圈能夠?qū)崿F(xiàn)焊接變形的焊后控制。在隨焊控制焊接變形時(shí)，外力只需克服動(dòng)態(tài)屈服

5、應(yīng)力（屈服強(qiáng)度與焊接應(yīng)力的差值）即可使焊縫及近縫區(qū)金屬產(chǎn)生塑性延展。外力作用的最佳位置為動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力的較小區(qū)域。本研究條件下，動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力所表現(xiàn)的特征為，距離熔池較近區(qū)域和距離熔池較遠(yuǎn)區(qū)域達(dá)到較小值，而其中間區(qū)域則存在一個(gè)較高的值。對(duì)于基于電磁力隨焊控制焊接變形，盡管最大軸向電磁力受溫度影響而有所減小，但最佳施力位置并未受到影響。
　　分析了裝置及工藝參數(shù)對(duì)電磁力的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著回路電阻、回路電感、線圈-工件間隙和板厚的增加