電磁控制焊接溫度場的數(shù)值模擬研究（開題報告）
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)材料對焊接質(zhì)量的要求越來越高。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 。外加磁場控制的焊接技術(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。實踐表明，利用外加磁場對焊接中熔滴的過渡、熔池金屬的流動、熔池的結(jié)晶形核及結(jié)晶生長等過程進(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)用前景和巨大的實用價值 。
電磁控制焊接是一個涉及電弧物理、傳熱、冶金和力學(xué)的復(fù)雜過程。焊接現(xiàn)象包括焊接時的電磁、傳熱過程、金屬的熔化和凝固、冷卻時的相變、焊接應(yīng)力和變形等。焊接過程產(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)生主要是焊接時不合理的熱傳導(dǎo)過程引起的。由于高度集中的瞬時熱輸入，在焊接過程中和焊后將產(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），而且焊接過程中產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力和焊后殘余應(yīng)力會影響構(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)計和施工時必須考慮焊接應(yīng)力和變形的特點。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)件的制造過程，而且還影響焊接結(jié)構(gòu)件的使用性能 。因此對焊接溫度場和應(yīng)力場的定量分析、預(yù)測、模擬具有重要意義。