45钢坯锻前感应加热的有限元模拟分析

对45钢坯锻前感应加热的过程进行了模拟分析，在模拟过程中考虑到了端部磁力线的逸散和工件的运动，得到了工件温度随时间的变化曲线；并分析了感应加热整个温升过程的特点与影响因素。结果表明有限元模拟结果和实际工程应用基本一致。     

30CrMnSiNi2A钢轴类零件感应热处理的数值模拟

利用Comsol软件对30CrMnSiNi2A钢的感应回火进行了模拟,利用控制变量法研究了感应加热过程中电源频率、电流以及线圈的结构和尺寸参数对工件内部温度均匀性的影响。结果表明,电流强度和电源频率越大,工件在感应加热过程中的升温速率越大,最终平衡温度越高,但其径向/轴向温差越大。线圈的匝数越多,工件的升温速率和径向/轴向温差越大,最终平衡温度越高。线圈半径的变化仅会对工件端部的升温速率产生影响,线圈半径越小,工件端部的升温速率越快,轴向温差越小。线圈截面外径和壁厚的变化对工件感应加热过程中的温度场没有影响。根据模拟结果的对比分析,提出了一种采用分段加热法与增设导磁体相结合的方法,对感应回火系统进行了优化。通过优化设计可使工件在感应加热过程中的径向温差基本消除,使轴向温差小于10℃。     

感应加热工艺参数对30CrMnSiNi2A钢轴件温度分布的影响

在考虑电磁-温度场相互耦合以及固态相变的基础上,利用ANSYS软件对30Cr Mn Si Ni2A钢轴件感应加热过程进行模拟分析,并通过实际温度测量进行验证,实际测量和模拟分析的结果能够很好吻合。探讨了轴件感应加热过程温度分布的一般性规律,并研究了感应加热工艺参数电流密度Js、电流频率f和线圈厚度b对轴件温度分布的影响,为后续30Cr Mn Si Ni2A钢轴类工件局部回火的感应加热工艺参数的选择以及感应线圈的设计提供参考。     

基于ANSYS的连铸坯感应加热温度场数值模拟

应用感应加热理论,建立了电磁场与温度场耦合的有限元数学模型,利用大型通用有限元分析软件ANSYS对钢坯的感应加热过程进行了模拟分析,得到了随时间变化的工件温度分布图,并分析了感应加热整个温升过程的特点与影响因素,结果表明,通过调整加热装置的频率、激励电流等工艺参数,可以达到铸坯均温的目的。     

方坯轧制在线感应加热数值模拟与设计优化

针对方坯感应加热轧制过程容易发生边角升温不均匀的问题,建立了轧件移动式感应加热工况的电磁-传热耦合模型,并进行了有限元数值模拟分析。基于感应加热轧制工业运行数据,验证了模型的合理性,并对感应线圈设计进行了结构优化改进。结果表明,改进设计的感应线圈在钢坯边角部位的磁通密度分布得以明显地改善,工件边角部位的温差得以显著地降低,这有利于解决合金钢方坯轧制过程中常见的边角开裂问题。     

感应加热过程中工件表层温度分布及机理分析

采用热模拟试验研究了大截面圆柱工件在感应加热过程中的磁场和温度场分布,探讨了工件内的温度分布以及温度随时间的变化规律.试验结果表明:感应线圈中工件侧的磁场分布受丁件内的涡流影响较大,由于磁场的叠加作用,工件表面磁场分布在相对于线圈的中部位置出现最大值.根据圆柱工件表面的温度变化规律得出3个阶段,第一阶段由于热量损失工件次表面温度最高;第二阶段工件温度达到居里点,工件的物性参数发生变化导致表面温度最高;第三阶段温度波峰依次波动向内传递.     

TC4钛合金感应加热钎焊有限元分析

利用ANSYS有限元模拟软件,建立了TC4钛合金感应加热钎焊数值分析模型.建模时,充分考虑了感应电流的集肤效应及磁场的边缘效应.计算中,考虑了材料的非线性,运用了APDL参数化设计语言,利用多步嵌套循环实现磁-热耦合,最终得到了相应的电磁场、温度场分布情况.从模拟结果可知,磁力线随焊件与感应线圈间距增大变稀疏:焊件最高温度出现在焊件侧表面附近,最低温度出现在焊件上表面;焊件侧表面升温速率(加热速度)逐渐减小,焊件上表面升温速率先增加后减小,最终焊件各处升温速率将趋于相等.上述模拟结果将对TC4钛合金感应加热钎焊试验过程提供可靠理论依据.     

基于磁-热耦合的感应加热过程数值模拟研究

感应加热是一个复杂的物理现象,对其深入理解有助于精确模拟感应加热过程,同时能提出相应的简化等效热源用于模拟大尺寸工件的感应成形。本文以移动感应加热弯板成形作为对象,通过建立一个准确高效的局部精细模型探讨了感应加热过程中的磁场、有效功率和温度场的变化规律。结果表明:加热开始时,加热表面的磁通密度和温度的等值线均与感应器的形状相似;随着加热的进行,磁通密度在感应器前部附近的工件表面区域的数值远大于后部,但同时刻的最高温度却分布于感应器后侧部附近的工件表面区域。此外,从感应加热的两个动态阶段详细分析了有效功率在加热过程中的变化原因。温度计算结果与试验结果符合良好,表明数值模拟是正确的。     

筒体内壁堆焊焊后消氢感应加热温度场的数值模拟

采用有限元方法对堆芯补水箱筒体内壁堆焊焊后消氢感应加热温度场进行了数值分析。针对筒体的结构特点,设计了一种加宽的C型感应线圈。研究了感应线圈的匝数、线圈与筒体的距离、线圈电流、电流频率对筒体温度分布的影响。结果表明,感应线圈的形状决定了筒体温度场分布的形态,线圈中心对应筒体的温度比四周的温度高。线圈匝数、线圈电流和电流频率越大,筒体升温速度越快,温度分布越均匀。当线圈电流为215 A、电流频率为10 kHz、线圈匝数为15匝、线圈与筒体之间的距离为25 mm时,筒体加热时的温度分布均匀性较好,能够满足焊后消氢的工艺要求。筒体感应加热试验的结果表明,模拟温度与试验温度变化趋势相同,温度值较为吻合。     

运动工件感应加热热成像缺陷检测研究

针对零件加工生产线对工件完好性的要求,研究利用感应加热热成像检测技术对流水线上移动的工件进行在线检测。首先分析了脉冲涡流热成像对移动工件缺陷的检测机理;使用COMSOL5.2有限元软件进行二维建模,分析了磁性材料(钢)工件当存在和感应线圈相平行的缺陷时,线圈匀速运动经过工件缺陷所产生的温度场分布,并通过分析附近温度曲线、归一化曲线和差值曲线的变化,指出检测磁性材料内平行缺陷的最佳观测区域。为运动工件感应加热热成像缺陷定量检测提供理论指导。     

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。     

感应透热有限元模拟分析

采用有限元分析法和ANSYS软件，引入复矢量磁位，推导了感应加热有限元模拟的数学模型。讨论了感应加热有限元分析中温度场与电磁场耦合、工件材料物理参数温度依赖性等关键技术问题的处理方法。分析了圆柱工件的感应透热过程，得到了坯料内的温度分布状况以及温度随时问的变化规律。结果表明，数值模拟结果与工程实际应用工况基本一致。     

圆柱体工件高频感应熔涂温度场数值模拟

采用有限元法中的电磁-热耦合技术,建立了感应熔涂温度场模型,研究了感应熔涂温度场的分布、变化规律及影响因素.结果表明,熔涂过程中,电流频率、密度和加热时间都对温度场有明显影响.此外,高频电流下,高温趋于熔覆层,是感应熔涂的一个明显特点.     

感应加热的热计算模型

讨论了感应加热热传导过程中 ,瞬态温度场的变化和分布 ,建立了表面比功率和表面加热温度、加热时间、感应加热电流频率、工件尺寸及淬硬层之间关系的数学模型 ,为从工艺上控制零件所需的淬硬层深度提供了理论基础     

大棒材在线淬火-感应回火过程数值模拟

大棒材在线淬火-感应回火是棒材生产中的先进工艺。本文根据产量120 t/h的需要,利用有限元软件MSC.Marc对不同规格(50 mm以上)的42CrMo棒材在线淬火-感应回火过程的温度场进行了模拟。通过对比回火温度均匀性,确定了感应线圈的布置形式;根据回火温度,确定了感应加热棒材的行进速度,进而获取了回火工艺关键参数。同时,计算了不同规格42CrMo棒材在线淬火-感应回火的均匀化温度、均匀化时间及单条生产线产量,为大棒材在线淬火-回火线的建设提供了参考。     

基于线性自抗扰控制的高频真空感应炉温度控制

真空感应炉是对金属材料进行热处理工艺的一种高效设备。在感应加热系统中,温度的高低直接影响着加热物料的质量好坏。而如何实现加热温度的精确控制,是控制系统需要解决的关键问题。目前,大部分的温度系统仍使用PID控制方法,但PID控制中的控制参数一旦确定就只能适应一个系统,这就导致了该方法具有较差的抗干扰能力,影响了系统的控制精度以及控制速度。为了改善上述PID控制的缺点,通过在真空感应炉上进行数据采集,并应用MATLAB对系统进行辨识,提出了真空感应炉的温度控制系统的线性自抗扰控制策略。设计了用来对系统的状态及总扰动进行实时观测并给予补偿的线性扩张状态观测器,求取控制器参数的收敛范围,应用劳斯判据对系统的稳定性进行分析。最后,应用MATLAB进行设定值跟踪和抗干扰能力仿真,仿真结果表明:LADRC比传统的PID控制系统具有更快的响应速度以及控制精度,且鲁棒性更优。     

Induction heating of semisolid billet and control of globular microstructure to prevent coarsening phenomena

An important step in the thixoforming process is the induction heating of the raw materials to the semisolid state. Using this technology, the process behavior is satisfactory from the point of view of reproducibility and temperature control. Therefore, the objectives of this study are to define the correct relationship between coil length and billet length for uniform induction heating and to present the optimal reheating conditions suitable for the thixoforming process (or to secure a fine globular microstructure without liquid segregation). The optimal inductive coil on the induction heating process of semisolid billet machined to 76 mm diameter and 90 mm length to reduce the temperature gradient of the billet and to obtain the globular microstructure was theoretically designed and the suitability of the designed coil dimensions verified by reheating experiments. The globular microstructures of semisolid billet in heating and holding processes were controlled to prevent the coarsening phenomena of Al-7%Si-0.3%Mg alloy and to apply to the thixoforming process. In addition, the effects of the history of processing and induction heating parameters such as reheating time, holding time, holding temperatures, capacity of the induction heating system, and adiabatic material size on the globularization were investigated. It was concluded that in the case of a three-step reheating process, the final holding time is the most important factor and 2 min is suitable to maintain a globular microstructure.     

A356铝合金半固态成形坯料二次加热工艺的优化

使用多工位电磁感应旋转加热装置对A356圆棒料进行重熔加热。选用不同的加热功率和工位,得到不同的非树枝晶组织,借助晶粒参数(如晶粒平均大小、形状系数、固相率等)对得到的显微组织进行研究,选出综合指标最优的加热工艺,再对该工艺加热的坯料压铸成阶梯试样。通过对阶梯试样性能分析,验证了该工艺的合理性和优越性。结合凝固理论,分析了坯料二次加热的演变规律。