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利用(yong)ＡＮＳＹＳ軟件建(jian)立(li)了電磁(ci)感應加熱(re)(re)的電磁(ci)－熱(re)(re)耦合數值模型，對大直(zhi)徑３２１不銹(xiu)鋼厚壁鋼管的(de)焊前感應(ying)(ying)預(yu)熱瞬態溫度分(fen)布進行了模擬分(fen)析。研究了感應(ying)(ying)線圈(quan)中不同電(dian)流大小(xiao)、頻率(lv)以(yi)及不同感應(ying)(ying)加熱方式作(zuo)用(yong)下不銹(xiu)鋼管的溫度分布情況，通(tong)過(guo)調(diao)節電流參(can)數和感應加熱作用(yong)方(fang)式使得感應預(yu)熱后不銹鋼(gang)管溫度(du)達到（１２０±１０）℃的預熱工藝要求。結果表明：采用間隔２０ｓ加熱１０ｓ，且感應電流頻率１０ｋＨｚ、大小７５０Ａ的加熱工藝為最佳感應預熱工藝。

大口徑(jing)不銹鋼厚壁鋼管(guan)是(shi)裝備制(zhi)造業中經常遇到的(de)結構，廣泛應用于食(shi)品、制(zhi)藥、化(hua)學和化(hua)工等領(ling)域。在(zai)其制(zhi)造過程中，電弧(hu)焊接(jie)是(shi)最(zui)可靠的(de)連接(jie)方式［１］，然(ran)而電弧(hu)的(de)熱(re)輸入(ru)集中、不銹鋼管局部加熱和冷卻(que)速度快(kuai)，焊(han)(han)后焊(han)(han)道容易(yi)出現應力集中甚至開裂，導致不銹鋼管的使用性能和(he)疲勞壽命嚴重降低。為了(le)降低焊接應(ying)力(li)及消除裂紋，需要對不銹(xiu)鋼管進行焊(han)(han)前(qian)預熱(re)。目前(qian)生產(chan)中常(chang)用的焊(han)(han)前(qian)預熱(re)方(fang)法(fa)有火焰加熱(re)和(he)電阻加熱(re)兩(liang)種方(fang)法(fa)。火焰加熱(re)方(fang)式使用簡單，但不(bu)銹鋼管氧(yang)化和環(huan)境(jing)污染嚴(yan)重。電阻(zu)(zu)加熱(re)(re)方(fang)式依賴電阻(zu)(zu)絲或電阻(zu)(zu)片產生(sheng)的熱(re)(re)輻射或熱(re)(re)傳導來加熱(re)(re)不銹鋼(gang)管，其能量利(li)用率較低［２］。近年來，電磁(ci)感(gan)(gan)應(ying)加熱在焊(han)前預熱應(ying)用中逐步增多。感(gan)(gan)應(ying)加熱的(de)原理是在線圈感(gan)(gan)應(ying)器內通入一定頻率的(de)交(jiao)變(bian)電流，線圈周圍產生交(jiao)變(bian)磁(ci)場，交(jiao)變(bian)磁(ci)場切割不銹(xiu)鋼管，在(zai)不銹鋼(gang)管內形成渦(wo)流，產生的焦耳熱(re)使得不銹鋼管(guan)溫(wen)度(du)升高［３］。與傳統加(jia)(jia)熱(re)方(fang)式相比(bi)，感應加(jia)(jia)熱(re)具有加(jia)(jia)熱(re)速度(du)快，溫(wen)度(du)便(bian)于控制，成本低(di)，節能(neng)環(huan)保，而且容(rong)易實現自動(dong)化等(deng)優點，因(yin)此對厚板厚(hou)壁鋼管宜采用(yong)感應加熱熱處理方式進行焊前預熱［４］。

國內外眾(zhong)多學(xue)者(zhe)對不同金屬(shu)(shu)材料(liao)感(gan)應加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)的(de)(de)電(dian)(dian)磁和(he)(he)熱(re)(re)過程(cheng)進行了(le)(le)數值研(yan)究，取得了(le)(le)不少成果。ＭＡＯ等(deng)［５］建立了(le)(le)３１６ＬＮ不銹鋼(gang)管道(dao)的(de)(de)感(gan)應加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)模型，分析(xi)了(le)(le)感(gan)應加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)后電(dian)(dian)磁場和(he)(he)溫(wen)(wen)度場的(de)(de)分布，比(bi)較(jiao)了(le)(le)預制孔(kong)上有蓋(gai)和(he)(he)無(wu)蓋(gai)兩種情況下管道(dao)的(de)(de)溫(wen)(wen)度分布情況，發現在(zai)預制孔(kong)上加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)蓋(gai)可以明顯(xian)減小溫(wen)(wen)度場的(de)(de)不均(jun)勻性(xing)。ＫＲＡＮＪＣ等(deng)［６］利(li)用有限元(yuan)法計算了(le)(le)Ｘ５ＣｒＮｉ１８９不銹鋼(gang)的(de)(de)感(gan)應加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)(wen)度場，比(bi)較(jiao)了(le)(le)隨溫(wen)(wen)度變化的(de)(de)材料(liao)屬(shu)(shu)性(xing)和(he)(he)獨立材料(liao)屬(shu)(shu)性(xing)對溫(wen)(wen)度場的(de)(de)影響，通過實驗與模擬(ni)(ni)結果對比(bi)可知，模擬(ni)(ni)誤差主要(yao)取決于材料(liao)屬(shu)(shu)性(xing)。ＳＨＥＮ等(deng)［７］基(ji)于ＦＥＭＬＡＢ有限元(yuan)軟件建立了(le)(le)鋼(gang)板電(dian)(dian)磁－熱(re)(re)耦合模型，得出了(le)(le)感(gan)應加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)主要(yao)工藝參(can)數對鋼(gang)板表(biao)面溫(wen)(wen)度的(de)(de)影響規(gui)律。趙敏等(deng)［８］對４５鋼(gang)坯(pi)鍛造前的(de)(de)感(gan)應加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)過程(cheng)的(de)(de)溫(wen)(wen)度場進行了(le)(le)數值分析(xi)，為感(gan)應加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)線圈的(de)(de)設計和(he)(he)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)工藝的(de)(de)制定提供了(le)(le)理(li)(li)論基(ji)礎(chu)。張洪亮(liang)［９］分析(xi)了(le)(le)電(dian)(dian)流密度、頻率以及線圈間隙等(deng)工藝參(can)數對４５鋼(gang)高頻直縫(feng)焊管中(zhong)頻感(gan)應熱(re)(re)處(chu)理(li)(li)溫(wen)(wen)度場的(de)(de)影響。梁立凱(kai)等(deng)［１０］模擬(ni)(ni)了(le)(le)３０４不銹鋼(gang)柱狀(zhuang)坯(pi)料(liao)在(zai)感(gan)應加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)溫(wen)(wen)度分布和(he)(he)變化規(gui)律，發現在(zai)快速加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)階段不銹鋼管內外(wai)溫(wen)差(cha)較大，并且徑向大于縱向。然(ran)而，厚壁件在(zai)電弧(hu)焊前(qian)一般都(dou)開設(she)有坡(po)(po)口(kou)，坡(po)(po)口(kou)的位置(zhi)、大小以及(ji)形(xing)狀影響(xiang)不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)感應預熱(re)溫度(du)的分布，研究厚壁不銹(xiu)鋼管的(de)(de)(de)(de)焊前預(yu)熱(re)問題必須考(kao)慮焊接坡口對導(dao)熱(re)的(de)(de)(de)(de)影響。目前，尚未見到有關感應焊前預(yu)熱(re)及(ji)焊接坡口在焊前預(yu)熱(re)過程(cheng)中的(de)(de)(de)(de)影響規律的(de)(de)(de)(de)研(yan)究報道。

本工(gong)作以大直(zhi)徑３２１不銹鋼厚(hou)壁筒(tong)件(jian)(jian)的焊前(qian)感應預熱為研究(jiu)對象，基于ＡＮＳＹＳ軟(ruan)件(jian)(jian)建立厚(hou)壁厚壁鋼管的感應加(jia)熱(re)電磁－熱(re)耦合模型，研究(jiu)帶(dai)有坡(po)口(kou)的厚(hou)壁(bi)鋼管焊前預(yu)熱感(gan)應線(xian)圈電(dian)流參數(shu)、加(jia)熱方式對溫度場的影響，對比分(fen)析(xi)不同電(dian)流參數(shu)以(yi)及連續加(jia)熱和(he)間斷加(jia)熱后(hou)不銹鋼管溫(wen)度分布(bu)，得出最佳(jia)感應加熱方案(an)，滿足焊(han)前預熱的要(yao)求。

１有限(xian)元模型

１．１電磁－熱數學(xue)模(mo)型(xing)

本工作研究(jiu)對象(xiang)為３２１不銹鋼厚(hou)壁鋼管(guan)，其外徑為２１７０ｍｍ，壁厚５０ｍｍ。不銹鋼管(guan)焊前首(shou)先沿徑向開６０°單Ｖ坡口，點焊固定，然后采用電磁感應預熱，當不銹鋼管坡口(kou)周圍的溫度(du)達到(dao)預熱(re)要求后(hou)，再(zai)進行ＭＩＧ對接焊。感應加熱(re)時將(jiang)兩匝線圈環繞(rao)在筒(tong)件(jian)(jian)外壁，線圈與筒(tong)件(jian)(jian)之(zhi)間用厚１０ｍｍ的保溫棉相隔，不銹鋼管(guan)及感應加熱方式如圖１所示。焊(han)前預熱工藝要(yao)求不銹鋼(gang)管(guan)在感應加(jia)熱(re)后坡口(kou)中(zhong)心線兩側１２０ｍｍ局(ju)部內的溫度為(wei)（１２０±１０）℃。

１．２邊界條件及網格劃分

在電(dian)磁場(chang)計算過程中，施加磁力線平(ping)行條件，保證(zheng)管(guan)件中部的磁力線與筒件軸向平(ping)行。在溫度(du)場(chang)計算時，近遠場(chang)空氣(qi)單元(yuan)都(dou)設為(wei)無效，只考(kao)慮(lv)不銹鋼管溫度場。不銹鋼管(guan)處(chu)于流體介質中，與(yu)周圍的空氣之間存(cun)在對流換熱，因(yin)此(ci)采(cai)用第(di)三類邊界條(tiao)件λ�担元担�ｎｘ＋λ�担元担�ｎｙ＋λ�担元担�ｎｚ＝βＴα－Ｔ（）ｓ。（６）其中：β為表面換熱系數（Ｗ·（ｍ２·℃）－１）；Ｔα為周圍介質溫度（℃）；Ｔｓ為不(bu)銹鋼管邊界溫度(du)（℃）。由于焊前預熱時坡口并未被熔融金屬填充，因此需要考慮坡口處的傳熱問題。本研究中假設單Ｖ坡口兩側的鈍邊緊密接觸，不存在熱阻；Ｖ型坡口內物質為空氣，只考慮不銹鋼管(guan)外壁(bi)面與空氣(qi)的對(dui)流導熱(re)。考慮(lv)到筒件的中(zhong)心對(dui)稱性，為了提(ti)高(gao)計算(suan)效率，將模(mo)型簡化為二維模(mo)型進行計算(suan)。電(dian)磁場模(mo)型中(zhong)采(cai)用ｐｌａｎｅ２３３單元(yuan)，計算(suan)過程中(zhong)采(cai)用不(bu)均勻網(wang)格劃(hua)分，其中(zhong)線(xian)圈、保溫(wen)棉、不銹鋼管(guan)以及近場(chang)空氣采(cai)用網(wang)格細(xi)化，遠場(chang)空氣采(cai)用較大(da)網(wang)格自由劃分，共有３６３３０個(ge)節(jie)點，１５９４３個(ge)單(dan)元。溫度場(chang)模型中采(cai)用ｐｌａｎｅ７７單(dan)元，重(zhong)新劃分不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)網格(ge)，劃分結束(shu)后共有(you)１３３６１個節點，４３００個單元。不銹(xiu)鋼(gang)管有(you)限(xian)元(yuan)網格的(de)劃分(fen)如圖２所示。

１．３材(cai)料屬(shu)性

材料(liao)屬性是材料(liao)本身所具(ju)有(you)的性能(neng)或特性，電磁(ci)場(chang)計(ji)算(suan)部分(fen)用(yong)到了(le)材料(liao)的相對(dui)磁(ci)導(dao)率(lv)、電阻率(lv)，溫度(du)場(chang)計(ji)算(suan)部分(fen)用(yong)到了(le)材料(liao)的導(dao)熱(re)系數、比熱(re)容(rong)、密(mi)度(du)等材料(liao)屬性。本工(gong)作中筒件(jian)為(wei)３２１不銹鋼(gang)，其熱(re)物(wu)性參數具(ju)體值取自(zi)參考文獻(xian)［１１］，線圈(quan)材料(liao)選用(yong)Ｔ３銅，其相對(dui)磁(ci)導(dao)率(lv)為(wei)１，電阻率(lv)為(wei)１．７１×１０－８Ω·ｍ，空氣相對磁導率為１，保溫棉導熱系數為０．０３Ｗ·（ｍ·ｋ）－１。

２感應加(jia)熱

溫(wen)度場的模擬(ni)與分析基于電(dian)磁(ci)學及(ji)熱(re)傳(chuan)導理論，利用所建立的電(dian)磁(ci)－熱(re)模型，采用ＡＮＳＹＳ計算中的“順序耦合法”進行求解，即先進行電磁計算，再進行瞬態溫度計算。計算時在不同時間間隔內重復電磁分析以減小材料熱物性參數變化對計算結果的影響。為了達到感應預熱要求溫度，需要對電流參數和加熱方式進行合理的設置。根據文獻［１２］中感應加熱電流頻率、大小的計算公式，為了達到本研究中不銹鋼管感(gan)應(ying)預熱(re)工藝要(yao)求，線圈電(dian)流(liu)(liu)頻率應(ying)在５～１５ｋＨｚ內，電(dian)流(liu)(liu)大(da)(da)小(xiao)應(ying)在２００～１０００Ａ內。初步(bu)設(she)置(zhi)電(dian)流(liu)(liu)頻率分別(bie)為(wei)５、１０ｋＨｚ，電(dian)流(liu)(liu)大(da)(da)小(xiao)為(wei)５００、８００Ａ，依次進(jin)行焊前(qian)感(gan)應(ying)預熱(re)溫度(du)場試算分析(xi)，具(ju)體設(she)置(zhi)如表１所示(shi)。

２．１不銹鋼(gang)管(guan)坡口(kou)設(she)置

為了(le)研究坡口對溫(wen)度場的影響，首(shou)先采用連續加熱的方式進行表１中ｃａｓｅ１的模擬計(ji)算(suan)，得到(dao)不銹鋼(gang)管坡(po)口及附近的溫(wen)度(du)分布情(qing)況如(ru)圖３所示。由圖３（ａ）可知，不(bu)銹鋼管開坡(po)口后坡(po)口兩側(ce)溫度(du)最高，在６０～８０℃之間，坡口內沒有溫度變化，這是由于坡口內為空氣，只存在與坡口邊緣處的對流換熱作用，與實際情況相符。由圖３（ｂ）可知，不開坡口時不銹鋼管在線圈正下方處溫度最高，在８０～１１０℃范圍內，這是由于不開坡口意味著將坡口內空氣設置為了不銹鋼管屬性，因此(ci)感應(ying)加熱時(shi)此(ci)部分迅速升溫，同時(shi)通過熱傳導作用影響不銹鋼管周圍部分的升(sheng)溫，增加周圍不銹鋼管(guan)的升溫速(su)率，影響(xiang)不銹鋼管的溫度(du)分布。因此在模擬計算時對(dui)模型進行(xing)開坡口處理是必要的。為了(le)進一步研究感應加熱方(fang)式對(dui)不銹鋼(gang)管溫度場(chang)的影響(xiang)，模擬(ni)計算時(shi)設置連續感應加熱和(he)間斷感應加熱兩(liang)種方式。

３．２連續加熱方(fang)式

根據表１中的(de)方(fang)(fang)案設置，采(cai)用連續加(jia)熱的(de)方(fang)(fang)式進(jin)行ｃａｓｅ１和(he)ｃａｓｅ２的(de)模(mo)擬計算，得到(dao)不銹鋼管(guan)的(de)溫度分(fen)布情況如圖４所(suo)示(shi)。為了(le)觀察內(nei)外壁溫度，只顯示(shi)留(liu)三(san)維(wei)模(mo)型的(de)四分(fen)之三(san)部分(fen)。

由圖(tu)４（ａ）可(ke)知，當電流頻率為(wei)５ｋＨｚ，電流大小(xiao)為(wei)５００Ａ時，感應(ying)加熱５００ｓ后不銹鋼管溫(wen)度場穩(wen)定，其(qi)內外(wai)表面溫(wen)度均在８０℃以下，未達到預熱要求。由圖４（ｂ）可知，當電流頻率為５ｋＨｚ，電流大小為８００Ａ時，感應加熱５００ｓ后不(bu)銹鋼管溫度場穩定(ding)，不銹鋼(gang)管內部溫度(du)在１１０～１３０℃范圍內，但不銹(xiu)鋼管外表面(mian)溫(wen)度已經超過(guo)１３０℃，超出要求的溫度范圍，因此ｃａｓｅ１和ｃａｓｅ２不是合理的方案。圖中反映出的內外表面溫差較大的問題是由于采用連續加熱的方式導致的，由于線圈作用在不銹鋼管的外表(biao)面，感應加(jia)熱時存(cun)在嚴(yan)重的集膚現象，不銹(xiu)鋼管外表面(mian)升(sheng)溫快，而內(nei)表面(mian)則(ze)主(zhu)要是依靠外表面(mian)的熱(re)傳導(dao)作(zuo)用，升(sheng)溫速(su)度慢(man)。連續作(zuo)用的加熱(re)方式(shi)使得(de)不銹鋼管受(shou)熱不均勻(yun)，不(bu)銹鋼管內(nei)外表面存在很大的溫(wen)度差(cha)，因此考慮將加(jia)熱(re)方(fang)(fang)式更換為(wei)間斷加(jia)熱(re)方(fang)(fang)式，根據常用感應加(jia)熱(re)方(fang)(fang)式，將停止加(jia)熱(re)的間隔時間設置(zhi)為(wei)２０ｓ。

２．３間斷加熱方式(shi)

設(she)置感應間隔２０ｓ加熱１０ｓ的間斷加熱模(mo)式，分別采用(yong)表１中(zhong)的ｃａｓｅ３和ｃａｓｅ４進行計(ji)算(suan)分析，即固(gu)定電(dian)(dian)流頻(pin)率為１０ｋＨｚ，電(dian)(dian)流分別采用(yong)５００Ａ和８００Ａ進行計(ji)算(suan)，１５００ｓ后不銹(xiu)鋼管溫(wen)度(du)場(chang)穩(wen)定，結果如(ru)圖５所(suo)示。

由圖５（ａ）可知，當電(dian)流頻率為(wei)１０ｋＨｚ，電(dian)流大小(xiao)為(wei)５００Ａ時(shi)，坡口兩側２５０ｍｍ范圍(wei)內不銹鋼管(guan)的(de)溫(wen)度升(sheng)高，最高溫(wen)度出(chu)現在(zai)坡(po)口兩側８５ｍｍ內，為８０℃，達不到工藝要求。由圖５（ｂ）可知，當電流大小為８００Ａ時，坡口兩側４７０ｍｍ范圍內不銹鋼管的溫度(du)升高(gao)，溫度(du)在(zai)坡口兩側分布對(dui)稱，且隨(sui)著(zhu)與(yu)坡口處距離的增加(jia)而遞減，最高(gao)溫度(du)出(chu)現在(zai)坡口兩側１２５ｍｍ范圍內，已超過１３０℃，不滿足工藝要求，因此再次調整模擬方案，將電流減小至７００Ａ。圖６為電流頻率為１０ｋＨｚ、電流大小為７００Ａ（ｃａｓｅ５）第１５００ｓ時不銹鋼管的溫度分布。由(you)圖可知，坡口(kou)兩(liang)側４８０ｍｍ內的不銹鋼管溫度升(sheng)高(gao)，坡口兩側寬度５０ｍｍ、深度３８ｍｍ內的不銹鋼管溫(wen)度(du)最高(gao)，在１１０～１３０℃范圍內。不銹鋼管內部(bu)溫度在(zai)１１０℃以下，內外溫差嚴重，這是由于感應加熱的集膚效應，不銹鋼管外表(biao)面(mian)升溫(wen)(wen)迅速，從外表(biao)面(mian)到內表(biao)面(mian)溫(wen)(wen)度(du)(du)梯(ti)度(du)(du)較大(da)，這種溫(wen)(wen)度(du)(du)梯(ti)度(du)(du)容易引起應力集(ji)中，因此再次調整方案，通(tong)過(guo)改變線(xian)圈電流大(da)小來改善不銹鋼管內(nei)的熱傳導作用，從(cong)而減小內(nei)外溫差(cha)。比(bi)較圖５（ｂ）和圖６可知，當電流為８００Ａ時不(bu)銹(xiu)鋼管溫度超過工(gong)藝要求，當電流為７００Ａ時不(bu)銹鋼管溫度達不(bu)到工藝(yi)要(yao)求，因(yin)此將電流調節至７５０Ａ（ｃａｓｅ６）再次進行計算，結果如圖(tu)７所(suo)示。由圖(tu)７（ａ）可知，當電流頻率為１０ｋＨｚ，電流大小(xiao)為７５０Ａ時(shi)，坡口(kou)兩側５００ｍｍ內不(bu)銹鋼管溫度升高，不銹鋼管(guan)內外(wai)壁(bi)受(shou)熱均勻，這是(shi)由于增大電流后不銹(xiu)鋼管表面渦流(liu)增(zeng)大(da)，從而使得熱傳導(dao)作用增(zeng)強，內外壁溫(wen)差(cha)減小(xiao)。由圖(tu)７（ｂ）可(ke)知，坡(po)口兩側(ce)１２８ｍｍ范(fan)圍(wei)內不銹鋼管(guan)溫(wen)度在１１０～１３０℃之間，越遠離坡口處溫度越低，這是因為坡口位于線圈的正下方，感應加熱作用最強，越遠離坡口的位置感應作用越弱。

為了更好(hao)的(de)分析溫(wen)(wen)度隨時(shi)間的(de)變(bian)化情(qing)況(kuang)，做出圖７（ｂ）中１、２、３點溫(wen)(wen)度隨時(shi)間變(bian)化的(de)曲線(xian)，如圖８所示。由圖８可知(zhi)，內外壁升溫(wen)(wen)階(jie)段均為非線(xian)性曲線(xian)，升溫(wen)(wen)速率從(cong)外壁往內部逐漸遞減。當(dang)達到最高溫(wen)(wen)度后，加(jia)熱(re)停止，不(bu)銹鋼管(guan)與外部空氣進行(xing)熱交換，此時(shi)整個不銹鋼管溫(wen)度(du)都快(kuai)速下降，并且各點溫(wen)度(du)下降曲線一(yi)致(zhi)，降溫(wen)速率均隨著溫(wen)度(du)的(de)降低而減(jian)小，這是由于不(bu)銹鋼管溫(wen)度越(yue)(yue)(yue)高，與周圍空氣的(de)熱(re)(re)傳導(dao)和對流換(huan)熱(re)(re)越(yue)(yue)(yue)嚴重，溫(wen)度下降速率越(yue)(yue)(yue)快。當不銹(xiu)鋼管與周圍空氣之間的(de)溫差減(jian)小(xiao)時，對應的(de)導熱(re)與換(huan)熱(re)作用也減(jian)小(xiao)，在(zai)圖８中表現為降溫曲線越來越平緩。在(zai)此種加(jia)熱(re)方式作用下，不銹鋼管外壁最高溫度為１２４℃，中部最高溫度為１２０℃，內壁最高溫度為１１６℃，內外壁溫度均滿足要求，并且溫差較小，說明間隔２０ｓ加熱１０ｓ這種加熱方式能很好地實現感應加熱時不(bu)銹鋼管外(wai)部往內部的熱(re)傳導，同時線圈電流(liu)頻率為１０ｋＨｚ、電流(liu)大小為７５０Ａ能(neng)很(hen)好地滿足(zu)溫度(du)(du)工藝要求，為最(zui)(zui)佳方(fang)案。為了驗證(zheng)模擬(ni)結(jie)果的正確性，使用點焊(han)的方(fang)式將Ｋ型鎳鉻－鎳硅熱(re)電偶固定在(zai)圖７（ｂ）中所(suo)(suo)示(shi)的點１位置(zhi)，測出在(zai)最(zui)(zui)佳感應(ying)加熱(re)方(fang)案條件下(xia)點１處(chu)的實(shi)際溫度(du)(du)變(bian)化(hua)曲線，并與(yu)模擬(ni)溫度(du)(du)變(bian)化(hua)曲線進行(xing)對比，如圖９所(suo)(suo)示(shi)。結(jie)果表明(ming)：模擬(ni)結(jie)果與(yu)實(shi)驗數據較(jiao)吻合(he)，數值分析結(jie)果可(ke)以有(you)效地預(yu)(yu)測焊(han)前感應(ying)預(yu)(yu)熱(re)溫度(du)(du)場變(bian)化(hua)。不(bu)銹鋼管降溫階段的(de)模(mo)擬值(zhi)與(yu)(yu)實驗(yan)值(zhi)存(cun)在一定誤差，誤差產生(sheng)的(de)原因可能是模(mo)擬過(guo)程(cheng)中材料熱(re)物(wu)性參數的(de)設(she)置與(yu)(yu)實際值(zhi)存(cun)在偏差。

為了(le)比較不(bu)銹(xiu)鋼管開(kai)坡(po)(po)口(kou)時(shi)與未(wei)開(kai)坡(po)(po)口(kou)時(shi)的溫度分布情況，選用最佳工(gong)藝方案（ｃａｓｅ６）對未(wei)考慮坡(po)(po)口(kou)時(shi)的不銹鋼管進行(xing)焊前(qian)預熱溫度場進行(xing)模擬，得到如(ru)圖１０所示的溫度分布。比較(jiao)圖１０（ｂ）和圖７（ｂ）可知，不(bu)銹鋼管未開坡(po)口時最高溫度超(chao)過１３０℃，且不(bu)銹鋼管整體(ti)溫(wen)度比開坡口時高出約３０℃。由此可知，坡口對不銹鋼管(guan)溫度的分(fen)布及大小影響很大，因(yin)此焊前感應預熱模擬時必須要考慮坡(po)口的存在。

３結語

通過(guo)改(gai)變電流(liu)(liu)參數（電流(liu)(liu)頻(pin)(pin)率、電流(liu)(liu)大小）和(he)感應(ying)加熱方(fang)式，模(mo)擬(ni)計算了３２１不銹鋼在不同參數下的感應(ying)預熱溫度(du)分布。通過(guo)比較(jiao)可知當電流(liu)(liu)頻(pin)(pin)率為１０ｋＨｚ、電流(liu)(liu)大小為７５０Ａ，采用間隔２０ｓ加熱１０ｓ的加熱方(fang)式時，不銹鋼管外(wai)壁最高(gao)溫(wen)度為１２４℃，內壁最高溫度為１１６℃，內外溫差小，溫度滿足要求，此為最佳的感應加熱工藝方案。比較了在最佳工藝方案作用下筒件考慮坡口與不考慮坡口時的溫度分布，證明了感應預熱模擬時對筒件開坡口處理的必要性。