阻抗器的配置方案对高频焊管中感应电流的影响

摘要

本研究建立了三维有限元模型，对高频焊管的感应焊接工艺进行了电磁-热耦合仿真，得到了焊管中感应电流以及温度的分布数据。在现有的感应焊接工艺的基础上制定了不同的阻抗器配置方案，并对方案进行了仿真分析以研究阻抗器配置方案对焊管中感应电流的影响。结果表明：在感应焊接过程中，焊管中生成的感应电流聚集在熔合而的棱边上，分布在挤压辊中心线到感应线圈后端的区域里。焊管横截面上的焊接热影响区呈沙漏形，和焊管实物上的特征是一致的。在焊管内腔放置阻抗器能够使焊管中的感应电流集中到熔合面上，提高熔合面棱边上的电流密度。放置阻抗器时，应该以阻抗器内磁棒的轮廓为放置基准。在焊管轴向上，应该使磁棒前端与挤压辊中心线重合，磁棒前端位于挤压辊中心线后方会导致棱边电流密度降低。在焊管横截面的垂直方向上，使阻抗器靠近熔合面能够提高棱边电流密度，使阻抗器远离熔合面会降低棱边电流密度。将阻抗器内的磁棒组优化为中空结构对棱边电流密度产生的影响较小。生产技术人员可以根据上述影响规律优化高频焊管的感应焊接工艺。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 研究目的

1．3 国内外研究现状

1．4 研究内容及研究意义

第2章 感应加热的基本原理

2．1 电磁感应定律

2．2 趋肤效应

2．3 焦耳-楞次定律

2．4 热传递的基本形式

2．5 本章小结

第3章 有限元法及有限元软件

3．1 有限元法简介

3．2 ANSYS简介

3．2．1 热分析和电磁分析

3．2．2 耦合分析

3．2．3 ANSYS使用的数学模型

3．3 本章小结

第4章 有限元模型的建立

4．1 建立几何模型

4．2 划分网格

4．3 设置载荷与边界条件

4．4 创建物理文件

4．5 设置耦合分析流程

4．6 本章小结

第5章 仿真结果与分析

5．1 感应焊接工艺的仿真结果

5．1．1 管坯中的电流回路

5．1．2 管坯中的电流分布

5．1．3 管坯横截面上的温度分布

5．2 实物对比

5．3 阻抗器的配置方案对感应电流的影响

5．3．1 阻抗器的作用

5．3．2 阻抗器的放置方案

5．3．3 磁棒前端的位置对感应电流的影响

5．3．4 磁棒长度的确定

5．3．5 磁棒的垂直位置对感应电流的影响

5．3．6 磁棒组的结构对感应电流的影响

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目