电磁冲击控制焊接应力变形的研究

论文摘要

薄板结构焊接时,应力变形问题非常突出,不仅引起焊接构件尺寸不稳定,而且影响焊接构件的承载能力。本文根据电磁感应原理,对电磁冲击控制焊接应力变形的方法进行了研究。该方法可实现非接触控制焊接应力和变形,对焊缝不产生损伤,冲击能量易于控制,操作方便灵活。本文研究了线圈匝数和线圈-工件间隙对工件变形的影响,研究表明,冲击能量相同时,工件的最大挠度随线圈匝数的增加而增大,而线圈-工件间隙的增大会使峰值电流减小、磁压力下降、能量损失严重,影响工件的变形效果。采用10匝平面螺旋线圈,在不同的冲击参数下进行了电磁冲击控制焊接应力变形的实验。电磁冲击控制焊接应力变形时,总冲击能量、单次冲击能量、冲击次数都不能单独影响控制焊接应力变形的效果,充电电压和电容量需要很好的匹配,电容量对控制焊接应力变形的效果有很大影响。为更深入的揭示电磁冲击控制焊接应力变形的机理,本文利用有限元模拟的方法,通过电路-磁路耦合分析、焊接热分析、结构场分析,比较了焊接构件在电磁冲击前后应力应变的变化情况,模拟结果表明,经过电磁冲击后,受到冲击的焊缝区可由压缩塑性应变转变为拉应变,残余应力的幅值也能够较大幅度的降低。焊接接头的组织和力学性能实验表明:电磁冲击法可以将焊接接头的残余拉应力幅值大大降低,降幅达到了66%,使焊缝中心的晶粒更加均匀且细小,硬度值提高近40%,但对熔合区的晶粒大小和硬度值却没有影响。电磁冲击不能够提高焊接接头的抗拉强度和延伸率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及选题意义
• 1.2 焊接残余应力变形的产生机理及其控制方法的研究现状
• 1.2.1 焊接残余应力变形的产生机理及影响因素
• 1.2.2 国内外控制焊接应力变形的研究现状
• 1.3 电磁成形技术在材料加工领域的应用
• 1.3.1 电磁成形技术的原理
• 1.3.2 电磁成形技术的特点
• 1.3.3 电磁成形技术的研究现状
• 1.3.4 电磁成形技术的应用现状
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 实验方法与设备
• 2.1 电磁冲击控制焊接应力变形的实验方法
• 2.1.1 电磁冲击法的工艺特点
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 电磁冲击装置放电回路的电参数分析
• 2.2.1 放电回路的分析
• 2.2.2 放电回路的参数分析
• 2.3 线圈的制作与安全防护
• 2.3.1 线圈的设计
• 2.3.2 线圈的绕制与安全防护
• 2.4 本章小结
• 第3章 电磁冲击控制焊接应力变形的研究
• 3.1 单次冲击实验
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验方案
• 3.1.3 实验结果与分析
• 3.2 电磁冲击法控制焊接应力变形的研究
• 3.2.1 实验方案
• 3.2.2 实验结果与分析
• 3.3 电磁冲击法控制焊接应力应变的机理分析
• 3.3.1 电路-磁路耦合分析
• 3.3.2 焊接热分析
• 3.3.3 结构场分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 电磁冲击法对焊接接头性能的影响
• 4.1 焊缝表面观察
• 4.2 焊接残余应力测量
• 4.3 金相分析
• 4.4 硬度分布
• 4.5 拉伸性能
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢