脉冲电流辅助金属管材环焊感应加热过程的研究

• 作 者: 张鏖茵
• 出 处: 燕山大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 金属管材 感应环形焊接 感应加热 脉冲电流 温度场

当前,我国能源供给与需求的矛盾日益突出,“西气东输”工程的开发与平稳运行越来越关系到我国经济发展的持续与稳定。输气管道作为“西气东输”工程天然气输送的重要载体,其焊接接头处的物理性能的好坏,将直接决定了金属管材的疲劳寿命,甚至会造成管道泄漏,严重危害到“西气东输”工程的平稳运行。传统的输气管道通常采用埋弧焊的方式来对金属管材进行焊接,但焊接接头处壁厚方向上的温差较大,使得焊缝处的物理性能较差。因此,本论文提出采用感应环形焊接工艺来对金属管材进行焊接,并对金属管材环焊感应加热过程的电磁场与温度场进行了研究。此外,又研究了在金属管材环焊感应加热后仍保留有余温时辅助加载脉冲电流对温度场分布的影响。同时,通过采用数值模拟和实验对比分析的方法,探究脉冲电流辅助金属管材环焊感应加热过程温度场的分布规律及其准确性。最后探究了不同工艺参数对温度场变化规律的影响。本文的主要内容包括:(1)本论文在充分分析金属管材环焊感应加热过程中温度场与电磁场的关系后,又在感应加热后仍有余温时迅速引入脉冲电流,首次实现了脉冲电流辅助金属管材环焊感应加热过程中温度场与电磁场的电-磁-热多物理场耦合循环模拟计算。(2)本论文对金属管材环焊感应加热过程及感应加热后加载脉冲电流辅助过程分别进行数值模拟,得到了有无脉冲电流辅助时金属管材环焊感应加热过程中壁厚方向上温度场的分布及变化规律。并将两者温度模拟数据进行对比,探究了脉冲电流对金属管材壁厚上的温度分布及温差随时间变化的影响及脉冲电流的分布规律。(3)设计实验方案,加工出脉冲电流辅助金属管材环焊感应加热装置,并进行测温对照试验。将实验结果与模拟结果对比验证,验证温度场模拟结果的准确性。(4)研究了金属管材感应加热过程中不同间距(管材间距、线圈与管材间距)、不同的感应加热参数(电流频率、电流密度)及脉冲电流参数(脉冲电流强度、脉冲宽度和脉冲频率)对加热质量和加热效率的影响,得到了不同参数改变下温度场的变化规律。