电磁控制焊接温度场的数值模拟研究（开题报告）.doc

电磁控制焊接温度场的数值模拟研究（开题报告）
1.1课题的目的和意义
焊接作为现代制造业必不可少的工艺，在材料加工领域一直占有重要地位。随着材料科学和工程技术的发展，现代结构材料对焊接质量的要求越来越高。研究表明，焊接接头的内部晶粒结构显著影响焊缝金属的强度等性能，细小的等轴晶能减少结晶裂纹、提高力学性能(如强度、韧性、疲劳寿命)。因此，控制焊接接头内部晶粒形态及其尺寸成为人们研究的热点 。外加磁场控制的焊接技术正是控制焊接接头晶粒形态及其尺寸的一种有效方法。实践表明，利用外加磁场对焊接中熔滴的过渡、熔池金属的流动、熔池的结晶形核及结晶生长等过程进行有效地干预，使焊缝金属的一次结晶组织细化，减小化学不均匀性，提高焊缝金属的塑性和韧性，降低结晶裂纹和气孔的敏感性，从而提高焊缝金属的性能，全面改善焊接接头的质量。其在航空、航天、冶金、机械等部门具有广泛的应用前景和巨大的实用价值 。
电磁控制焊接是一个涉及电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等。焊接过程产生的焊接应力和变形，不仅影响焊接结构件的制造过程，而且还影响焊接结构件的使用性能。这些缺陷的产生主要是焊接时不合理的热传导过程引起的。由于高度集中的瞬时热输入，在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力（焊接残余应力）和变形（焊接残余变形、焊接收缩、焊接翘曲），而且焊接过程中产生的动态应力和焊后残余应力会影响构件的变形和焊接缺陷，而且在一定程度还影响结构件的加工精度和尺寸的稳定性。因此，在设计和施工时必须考虑焊接应力和变形的特点。焊接应力和变形是影响焊接构件质量和生产率的主要问题之一，焊接变形的存在不仅影响焊接结构件的制造过程，而且还影响焊接结构件的使用性能 。因此对焊接温度场和应力场的定量分析、预测、模拟具有重要意义。