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双脉冲交变电磁搅拌埋弧堆焊设备研制及应用

作　者: 徐嘉路
导　师: 张忠礼; 常云龙
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 埋弧堆焊磁场力学性能
分类号: TG439.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 29次
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内容摘要

电磁搅拌技术是近年来正在发展的一种先进技术，其应用领域日趋广泛。随着电磁搅拌技术的不断发展，在埋弧堆焊焊接过程中引入磁场，利用电磁搅拌控制熔池金属的结晶过程，从而细化晶粒，提高力学性能。本文成功的改进了电磁搅拌励磁电源设备，使电磁搅拌励磁电源设备产生磁场的参数可以适应实际的工作环境。并且根据设备和工艺要求的特点设计出了一体化结构的磁头装置。本文所设计的一体化磁头装置具有冷却装置和绝缘装置，成功的避免了在堆焊过程中其它无关因素对形成稳定磁场的干扰，并且解决了焊枪、焊剂输送管和磁头组装复杂的难题。使用改进成功的电磁搅拌励磁电源设备对Q235B低碳钢进行埋弧堆焊，利用正交优化的思想，优化出磁场参数对堆焊层硬度影响的程度，并进一步研究外加纵向磁场对堆焊层熔敷金属组织及力学性能的影响规律。在大量实验的基础上，获得了最佳磁场参数：峰值电流为I=290A、峰值电流为I=100A、磁场频率f=20Hz，此时堆焊层组织得到了最显著的细化效果，打乱了柱状晶的方向性。研究发现，只有在适当的磁场参数条件下，电磁搅拌才起主导作用，可以有效地改善熔敷金属组织形态，细化焊缝一次组织；若所加磁场参数不合适，会产生电磁阻尼现象，热量传输受到抑制，磁场主要起抑制熔体流动的作用，此时晶粒反而变得粗大。并且实验结果表明，峰值电流对堆焊层的硬度的影响最大、其次是磁场的频率而基值电流对堆焊层硬度的几乎无影响；晶粒尺寸在无磁场时为38.10μm，加入磁场最小尺寸为27.16μm；堆焊表层金属的硬度由不加磁场时的35.5HRC，最多可提高到39.5HRC。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 选题背景与意义  10-14
  1.2 电磁搅拌技术在焊接中的应用  14-17
  1.3 磁场作用下的埋弧堆焊的发展  17-19
  1.4 本课题的主要研究内容及方法  19-20
    1.4.1 本课题的研究内容  19
    1.4.2 本课题拟采用的研究方法  19-20
第二章埋弧堆焊电磁搅拌设备的设计  20-29
  2.1 磁控轧辊堆焊励磁电源设备的改进  20-26
    2.1.1 励磁电源设备的改进特点及主要技术指标的设计  20-22
    2.1.2 励磁电源设备的电路设计  22-26
  2.2 水冷却设备  26-29
第三章电磁搅拌磁头一体化的设计  29-35
  3.1 激磁线圈尺寸的设计  29-31
  3.2 磁头结构的设计  31-33
    3.2.1 磁芯设计  31-32
    3.2.2 磁头绝缘设计  32-33
  3.3 磁头的安装  33-35
第四章实验材料及方法  35-46
  4.1 实验条件  35-39
    4.1.1 实验材料  35-36
    4.1.2 磁场参数  36-38
    4.1.3 堆焊工艺温度的确定  38-39
  4.2 实验中使用的设备及相应的实验方法  39-43
    4.2.1 焊接设备  39-40
    4.2.2 实验预先准备的过程  40
    4.2.3 金相实验  40-41
    4.2.4 硬度实验  41-42
    4.2.5 X 射线衍射实验  42
    4.2.6 晶粒尺寸的测量  42-43
  4.3 正交优化实验  43-46
    4.3.1 正交优化实验原理  43-44
    4.3.2 正交优化实验过程  44-46
第五章焊接工艺实验的结果分析  46-65
  5.1 磁场参数对堆焊层硬度的影响  46-57
    5.1.1 正交实验分析  46-52
    5.1.2 硬度实验分析  52-57
  5.2 磁场参数对堆焊层微观组织的影响  57-65
    5.2.1 磁场参数对金相组织的影响  57-60
    5.2.2 激磁电流工艺参数对堆焊层晶粒度的影响  60-62
    5.2.3 堆焊层中的组成相  62-63
    5.2.4 耐蚀性能分析  63-65
第六章结论  65-66
参考文献  66-69
在学研究成果  69-70
致谢  70

双脉冲交变电磁搅拌埋弧堆焊设备研制及应用

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