電磁控制焊接溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬研究（開(kāi)題報(bào)告）
1.1課題的目的和意義
焊接作為現(xiàn)代制造業(yè)必不可少的工藝，在材料加工領(lǐng)域一直占有重要地位。隨著材料科學(xué)和工程技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代結(jié)構(gòu)材料對(duì)焊接質(zhì)量的要求越來(lái)越高。研究表明，焊接接頭的內(nèi)部晶粒結(jié)構(gòu)顯著影響焊縫金屬的強(qiáng)度等性能，細(xì)小的等軸晶能減少結(jié)晶裂紋、提高力學(xué)性能(如強(qiáng)度、韌性、疲勞壽命)。因此，控制焊接接頭內(nèi)部晶粒形態(tài)及其尺寸成為人們研究的熱點(diǎn) 。外加磁場(chǎng)控制的焊接技術(shù)正是控制焊接接頭晶粒形態(tài)及其尺寸的一種有效方法。實(shí)踐表明，利用外加磁場(chǎng)對(duì)焊接中熔滴的過(guò)渡、熔池金屬的流動(dòng)、熔池的結(jié)晶形核及結(jié)晶生長(zhǎng)等過(guò)程進(jìn)行有效地干預(yù)，使焊縫金屬的一次結(jié)晶組織細(xì)化，減小化學(xué)不均勻性，提高焊縫金屬的塑性和韌性，降低結(jié)晶裂紋和氣孔的敏感性，從而提高焊縫金屬的性能，全面改善焊接接頭的質(zhì)量。其在航空、航天、冶金、機(jī)械等部門具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的實(shí)用價(jià)值 。
電磁控制焊接是一個(gè)涉及電弧物理、傳熱、冶金和力學(xué)的復(fù)雜過(guò)程。焊接現(xiàn)象包括焊接時(shí)的電磁、傳熱過(guò)程、金屬的熔化和凝固、冷卻時(shí)的相變、焊接應(yīng)力和變形等。焊接過(guò)程產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和變形，不僅影響焊接結(jié)構(gòu)件的制造過(guò)程，而且還影響焊接結(jié)構(gòu)件的使用性能。這些缺陷的產(chǎn)生主要是焊接時(shí)不合理的熱傳導(dǎo)過(guò)程引起的。由于高度集中的瞬時(shí)熱輸入，在焊接過(guò)程中和焊后將產(chǎn)生相當(dāng)大的殘余應(yīng)力（焊接殘余應(yīng)力）和變形（焊接殘余變形、焊接收縮、焊接翹曲），而且焊接過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)應(yīng)力和焊后殘余應(yīng)力會(huì)影響構(gòu)件的變形和焊接缺陷，而且在一定程度還影響結(jié)構(gòu)件的加工精度和尺寸的穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)和施工時(shí)必須考慮焊接應(yīng)力和變形的特點(diǎn)。焊接應(yīng)力和變形是影響焊接構(gòu)件質(zhì)量和生產(chǎn)率的主要問(wèn)題之一，焊接變形的存在不僅影響焊接結(jié)構(gòu)件的制造過(guò)程，而且還影響焊接結(jié)構(gòu)件的使用性能 。因此對(duì)焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的定量分析、預(yù)測(cè)、模擬具有重要意義。