外加可控磁场对电阻点焊熔核组织的影响

论文摘要

采用外加磁场的方法改善点焊熔核组织、提高点焊质量已为以往的研究所证实。但是,以往均采用永磁体作为磁场源,其可控性和实用性很差。本课题探讨了用电磁线圈产生可控磁场改善点焊接头组织的新方法。为了了解外加可控磁场对点焊接头组织的影响,本文以普通低碳钢和马氏体不锈钢为研究对象,详细地分析了外加径向和横向磁场对不同钢种的电阻点焊接头结晶组织的影响。本文首先根据电阻点焊机的实际情况设计了电磁线圈,并通过解析法和ANSYS数值模拟的方法详细计算了电磁线圈所产生的磁感应强度;为了验证计算结果的正确性,利用霍尔传感器设计了磁场测量装置,并对其进行标定,以保证所得到的磁感强度的准确性。实验测量结果与两种计算方法结果吻合良好。其次,探讨了外加径向和横向可控磁场对点焊熔核一次结晶组织的影响,发现在正常点焊时,钢点焊熔核的凝固组织为单一的粗大柱状晶组织;在外加径向磁场作用下,与无外加磁场相比,点焊熔核组织没有明显变化。主要原因是励磁线圈所产生的径向磁感强度过小。在外加足够强度的横向磁场作用下,点焊熔核为柱状晶和等轴晶组织,晶粒更加均匀,有明显细化;并详细分析了外加横向磁场作用下熔核的结晶特点和导致组织形态变化、晶粒细化的原因。外加磁场作用使熔核中的液态金属的流动速度增大,导致合金元素的分布更加均匀。实验结果证明,选择合适的磁场参数,外加可控磁场可改变晶粒的结晶方向,细化一次组织,提高焊缝的机械性能,是一种很有发展前景的点焊质量控制方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外相关工作的研究进展
• 1.3 外加磁场在焊接领域中的应用
• 1.3.1 外加磁场在焊接领域中的研究进展
• 1.3.2 外加磁场作用于焊接的原理
• 1.3.3 外加磁场对焊接质量的影响
• 1.4 本课题研究内容
• 第2章 电磁线圈设计
• 2.1 点焊机实际情况
• 2.2 线圈骨架设计
• 2.3 线圈体设计
• 2.4 本章小节
• 第3章 磁感应强度的计算
• 3.1 磁感强度解析法计算
• 3.1.1 解析法特点
• 3.1.2 解析法计算原理与过程
• 3.2 线圈磁场有限元法计算模拟
• 3.2.1 有限元法的特点
• 3.2.2 磁场原理
• 3.2.3 电磁场的求解方法
• 3.3 电磁线圈磁场计算模拟
• 3.3.1 单个线圈的磁场计算
• 3.3.2 配对线圈径向磁场的模拟计算
• 3.3.3 配对线圈横向磁场的模拟计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 磁感应强度测量
• 4.1 磁感应强度测量装置的设计
• 4.1.1 基本结构及工作原理
• 4.1.2 电路元件参数的选择
• 4.2 磁感应强度的实验测量
• 4.2.1 标准恒流源实验测量
• 4.2.2 TIG 焊机电源实验测量
• 4.3 本章小结
• 第5章 点焊接头分析
• 5.1 点焊设备
• 5.2 点焊接头组织形貌分析
• 5.2.1 低碳钢点焊接头组织形貌分析
• 5.2.2 2Cr13 不锈钢点焊接头组织形貌分析
• 5.3 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢