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利用ＡＮＳＹＳ軟(ruan)件建(jian)立了電(dian)磁感(gan)應加熱的電(dian)磁－熱耦合數值模型，對大直徑３２１不銹(xiu)鋼厚壁鋼管的焊前(qian)感(gan)應預熱瞬態溫(wen)度分布進行(xing)了模擬分析。研究了感(gan)應線圈中(zhong)不(bu)同(tong)電(dian)流大小(xiao)、頻率(lv)以及不(bu)同(tong)感(gan)應加熱方式(shi)作用下不銹鋼管(guan)的(de)溫度分布情況，通過調(diao)節電流參數和感應加熱作用方式使得(de)感應預熱后不(bu)銹鋼管溫度達到（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(xiu)鋼厚壁鋼管是(shi)裝備制(zhi)造(zao)業中(zhong)經(jing)常遇到(dao)的結構(gou)，廣泛應用于(yu)食品、制(zhi)藥(yao)、化學和化工等領域。在其制(zhi)造(zao)過程(cheng)中(zhong)，電弧焊接(jie)是(shi)最可靠的連接(jie)方(fang)式［１］，然而(er)電弧的熱輸入集(ji)中(zhong)、不銹鋼管局部加熱和冷卻速度快，焊后焊道容易出現應力集(ji)中甚至開裂，導致(zhi)不銹(xiu)鋼管的使用性能和(he)疲勞壽命嚴重(zhong)降低。為了降低焊接(jie)應(ying)力及(ji)消除裂紋，需要對不銹鋼管進行焊(han)前預(yu)熱(re)。目(mu)前生產中常用的焊(han)前預(yu)熱(re)方法有(you)火焰加熱(re)和電阻加熱(re)兩種方法。火焰加熱(re)方式使用簡(jian)單(dan)，但不銹鋼管氧(yang)化(hua)和環境污染(ran)嚴重。電阻(zu)加熱(re)方式依賴電阻(zu)絲或(huo)電阻(zu)片產生的熱(re)輻射或(huo)熱(re)傳導來加熱(re)不銹鋼管(guan)，其能量(liang)利用率較低［２］。近年來(lai)，電磁(ci)(ci)感(gan)應(ying)(ying)加(jia)熱(re)在焊前預熱(re)應(ying)(ying)用中(zhong)逐(zhu)步增(zeng)多。感(gan)應(ying)(ying)加(jia)熱(re)的(de)原理是在線(xian)圈感(gan)應(ying)(ying)器內通入一定頻率的(de)交(jiao)變電流，線(xian)圈周(zhou)圍產生交(jiao)變磁(ci)(ci)場，交(jiao)變磁(ci)(ci)場切割不銹鋼管(guan)，在不銹鋼管內形成渦(wo)流，產生的焦耳熱使得不銹(xiu)鋼管溫度(du)升高［３］。與傳統(tong)加熱(re)方式(shi)相比，感應加熱(re)具有加熱(re)速度(du)快，溫度(du)便于控制，成(cheng)本低，節能環保(bao)，而且容(rong)易實現自動化等優點，因(yin)此(ci)對厚(hou)板厚壁鋼管宜采(cai)用感(gan)應加熱熱處理方式進行焊前預熱［４］。

國內(nei)外眾多學者對(dui)(dui)不(bu)(bu)同金(jin)屬(shu)(shu)(shu)材料感(gan)應(ying)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)的(de)電磁(ci)和(he)(he)(he)熱(re)(re)(re)(re)過程進行了(le)(le)數(shu)(shu)值研究，取得了(le)(le)不(bu)(bu)少成果(guo)(guo)。ＭＡＯ等(deng)［５］建(jian)立(li)了(le)(le)３１６ＬＮ不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)管道的(de)感(gan)應(ying)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)模型(xing)，分(fen)(fen)析(xi)(xi)了(le)(le)感(gan)應(ying)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)后電磁(ci)場(chang)和(he)(he)(he)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)場(chang)的(de)分(fen)(fen)布，比(bi)較了(le)(le)預制孔上(shang)有(you)蓋(gai)和(he)(he)(he)無蓋(gai)兩(liang)種情況下管道的(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)分(fen)(fen)布情況，發現在(zai)預制孔上(shang)加(jia)(jia)(jia)蓋(gai)可以明顯減小溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)場(chang)的(de)不(bu)(bu)均勻性(xing)。ＫＲＡＮＪＣ等(deng)［６］利用(yong)有(you)限(xian)元法計算(suan)了(le)(le)Ｘ５ＣｒＮｉ１８９不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)感(gan)應(ying)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)場(chang)，比(bi)較了(le)(le)隨溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)變化的(de)材料屬(shu)(shu)(shu)性(xing)和(he)(he)(he)獨立(li)材料屬(shu)(shu)(shu)性(xing)對(dui)(dui)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)場(chang)的(de)影響，通過實驗與模擬結果(guo)(guo)對(dui)(dui)比(bi)可知，模擬誤差主(zhu)要取決(jue)于(yu)材料屬(shu)(shu)(shu)性(xing)。ＳＨＥＮ等(deng)［７］基(ji)(ji)于(yu)ＦＥＭＬＡＢ有(you)限(xian)元軟件建(jian)立(li)了(le)(le)鋼(gang)(gang)板(ban)電磁(ci)－熱(re)(re)(re)(re)耦合模型(xing)，得出了(le)(le)感(gan)應(ying)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)主(zhu)要工(gong)藝參數(shu)(shu)對(dui)(dui)鋼(gang)(gang)板(ban)表面(mian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的(de)影響規(gui)律。趙(zhao)敏等(deng)［８］對(dui)(dui)４５鋼(gang)(gang)坯鍛造前的(de)感(gan)應(ying)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)過程的(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)場(chang)進行了(le)(le)數(shu)(shu)值分(fen)(fen)析(xi)(xi)，為感(gan)應(ying)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)線圈的(de)設計和(he)(he)(he)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)工(gong)藝的(de)制定(ding)提(ti)供了(le)(le)理論基(ji)(ji)礎。張洪(hong)亮［９］分(fen)(fen)析(xi)(xi)了(le)(le)電流密度(du)(du)、頻率以及線圈間(jian)隙等(deng)工(gong)藝參數(shu)(shu)對(dui)(dui)４５鋼(gang)(gang)高頻直縫焊管中頻感(gan)應(ying)熱(re)(re)(re)(re)處理溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)場(chang)的(de)影響。梁(liang)立(li)凱等(deng)［１０］模擬了(le)(le)３０４不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)柱狀坯料在(zai)感(gan)應(ying)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)過程中的(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)分(fen)(fen)布和(he)(he)(he)變化規(gui)律，發現在(zai)快速加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)階(jie)段(duan)不銹鋼(gang)管內外溫差較(jiao)大，并(bing)且徑(jing)向大于縱向。然而，厚壁件在電弧焊前一般都開(kai)設(she)有坡口(kou)，坡口(kou)的位(wei)置、大小以及形狀(zhuang)影響不銹鋼管感應預熱(re)溫(wen)度的分(fen)布，研究厚壁不銹鋼管的焊前(qian)預(yu)(yu)熱(re)問(wen)題必須考慮(lv)焊接坡口對導熱(re)的影響。目前(qian)，尚未見(jian)到有關感(gan)應焊前(qian)預(yu)(yu)熱(re)及焊接坡口在焊前(qian)預(yu)(yu)熱(re)過程(cheng)中的影響規律的研究報(bao)道。

本(ben)工作以大(da)直徑３２１不銹鋼厚壁筒件的焊(han)前感應預(yu)熱為研究對象，基于ＡＮＳＹＳ軟件建立厚壁厚壁鋼(gang)管的(de)感應加(jia)熱電磁－熱耦合模型(xing)，研究帶有坡(po)口的(de)厚壁鋼(gang)管焊(han)前預熱(re)感應線圈電(dian)流(liu)參數、加(jia)熱(re)方式對(dui)溫(wen)度場的影(ying)響，對(dui)比分析不(bu)同電(dian)流(liu)參數以及連續加(jia)熱(re)和間斷加(jia)熱(re)后不銹鋼(gang)管溫度分布，得出(chu)最佳(jia)感應加(jia)熱(re)方案，滿(man)足焊前預熱(re)的要求。

１有限(xian)元(yuan)模(mo)型

１．１電磁－熱數學模型

本工作研究對象為(wei)３２１不銹(xiu)鋼厚壁(bi)鋼管，其外徑為２１７０ｍｍ，壁(bi)厚５０ｍｍ。不銹鋼(gang)管(guan)焊前首先沿徑(jing)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(po)口周圍(wei)的(de)溫度達到預熱要求后，再進行(xing)ＭＩＧ對接焊。感應加(jia)熱時(shi)將兩匝線圈(quan)環繞在筒件(jian)外(wai)壁，線圈(quan)與筒件(jian)之(zhi)間(jian)用厚１０ｍｍ的(de)保溫棉相隔，不銹鋼管及感應加熱方式如圖１所示。焊前預(yu)熱工藝要(yao)求不銹鋼管在感應加熱后坡口(kou)中(zhong)心線兩側(ce)１２０ｍｍ局(ju)部內(nei)的溫度為（１２０±１０）℃。

１．２邊界條件(jian)及網格劃分

在電磁(ci)場(chang)(chang)計(ji)算過程中，施加磁(ci)力線平行條件(jian)，保證管件(jian)中部的磁(ci)力線與筒件(jian)軸向平行。在溫度場(chang)(chang)計(ji)算時，近(jin)遠場(chang)(chang)空氣(qi)單元都設為無效，只考慮不銹鋼管溫度場(chang)。不銹(xiu)鋼管處于流體介質中，與周圍的(de)空氣(qi)之(zhi)間存(cun)在對(dui)流換熱(re)，因此采用(yong)第三類邊界條件(jian)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為不銹(xiu)鋼管(guan)邊界溫度（℃）。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，只考慮不銹鋼管外壁面(mian)與(yu)空氣(qi)的對流(liu)導熱(re)。考慮(lv)到筒件(jian)的中(zhong)心(xin)對稱性，為了提高計算(suan)效率(lv)，將模型簡化為二維模型進行計算(suan)。電磁場模型中(zhong)采用(yong)ｐｌａｎｅ２３３單元，計算(suan)過(guo)程(cheng)中(zhong)采用(yong)不(bu)均勻網格(ge)劃(hua)分，其中(zhong)線圈、保溫(wen)棉、不銹鋼管以及近場(chang)空(kong)氣(qi)采(cai)用(yong)網格(ge)(ge)細化，遠(yuan)場(chang)空(kong)氣(qi)采(cai)用(yong)較大網格(ge)(ge)自由劃分，共有３６３３０個(ge)節點，１５９４３個(ge)單(dan)元。溫度場(chang)模型中(zhong)采(cai)用(yong)ｐｌａｎｅ７７單(dan)元，重新劃分不銹鋼管網格，劃(hua)分結束后共有１３３６１個(ge)節(jie)點(dian)，４３００個(ge)單元(yuan)。不(bu)銹鋼管有(you)限元(yuan)網格的劃分如圖(tu)２所示。

１．３材(cai)料屬性(xing)

材料(liao)屬性(xing)是材料(liao)本身所具有的(de)(de)性(xing)能或(huo)特性(xing)，電磁場計算(suan)部分(fen)用(yong)到了材料(liao)的(de)(de)相(xiang)對磁導(dao)率(lv)、電阻(zu)率(lv)，溫度場計算(suan)部分(fen)用(yong)到了材料(liao)的(de)(de)導(dao)熱系數(shu)(shu)、比(bi)熱容、密度等材料(liao)屬性(xing)。本工(gong)作中筒件為３２１不銹鋼，其熱物(wu)性(xing)參數(shu)(shu)具體值取自參考文獻［１１］，線圈(quan)材料(liao)選用(yong)Ｔ３銅，其相(xiang)對磁導(dao)率(lv)為１，電阻(zu)率(lv)為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(gan)應加熱(re)

溫度場的(de)模擬與分析基于電(dian)磁學及熱傳導理論，利(li)用所建立的(de)電(dian)磁－熱模型，采用ＡＮＳＹＳ計算中的(de)“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應預熱(re)工(gong)藝要求，線圈(quan)電流(liu)(liu)頻(pin)率應在(zai)５～１５ｋＨｚ內，電流(liu)(liu)大小應在(zai)２００～１０００Ａ內。初步設置(zhi)電流(liu)(liu)頻(pin)率分別為５、１０ｋＨｚ，電流(liu)(liu)大小為５００、８００Ａ，依次進(jin)行(xing)焊(han)前感應預熱(re)溫度場試算分析，具體設置(zhi)如表１所(suo)示(shi)。

２．１不銹鋼管坡口設置

為了(le)研(yan)究(jiu)坡口對溫度場的(de)(de)影響，首(shou)先采(cai)用連(lian)續(xu)加熱的(de)(de)方(fang)式(shi)進行表１中ｃａｓｅ１的(de)(de)模(mo)擬計算，得到不銹鋼(gang)管坡口及附近的(de)溫度分布(bu)情況如圖(tu)３所示。由圖(tu)３（ａ）可知，不(bu)銹(xiu)鋼管開坡(po)(po)口(kou)后坡(po)(po)口(kou)兩側溫度最高，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(zai)線(xian)圈(quan)正下方處溫(wen)度最高，在(zai)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(xiu)鋼管屬(shu)性，因此(ci)感應加熱(re)時(shi)此(ci)部分迅速升(sheng)溫(wen)，同(tong)時(shi)通過熱(re)傳導作用影響(xiang)不銹鋼管周圍部分的(de)升溫(wen)，增加周圍不銹鋼(gang)管(guan)的(de)升(sheng)溫速(su)率，影響(xiang)不銹鋼管的溫(wen)度分布。因此(ci)在模擬計算時對(dui)模型進行(xing)開坡口處理是必要的。為了進一步研究感(gan)應(ying)加熱方(fang)式對(dui)不銹鋼管溫(wen)度場的影響，模擬計算(suan)時設置連續(xu)感應加(jia)(jia)熱(re)和間斷感應加(jia)(jia)熱(re)兩種方式。

３．２連續加熱方式

根據表１中的方案(an)設置，采用(yong)連(lian)續加熱的方式進行ｃａｓｅ１和ｃａｓｅ２的模擬計算(suan)，得到不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管的溫度(du)分(fen)布情況如(ru)圖４所示(shi)。為了觀(guan)察內外(wai)壁溫度(du)，只顯(xian)示(shi)留三維模(mo)型的四分(fen)之三部分(fen)。

由圖４（ａ）可知，當電流(liu)頻率(lv)為(wei)５ｋＨｚ，電流(liu)大(da)小為(wei)５００Ａ時，感應加熱５００ｓ后(hou)不銹鋼管(guan)溫度場穩定，其內(nei)外表面溫度均在(zai)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后不銹鋼管溫度場穩定，不銹鋼管內(nei)部溫度在１１０～１３０℃范圍內，但不銹鋼管外表面溫度已(yi)經(jing)超過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(xiu)鋼管的外表面，感應(ying)加熱(re)時存在嚴重的集膚現(xian)象，不銹鋼管外(wai)表(biao)面升(sheng)溫快，而內(nei)表(biao)面則主要是依靠外(wai)表(biao)面的熱(re)傳導作(zuo)用，升(sheng)溫速度慢(man)。連續作(zuo)用的加(jia)熱(re)方式使得(de)不銹(xiu)鋼管受熱不均(jun)勻，不(bu)銹鋼管內外(wai)表(biao)面存在很大的(de)(de)溫度差(cha)，因(yin)此考慮將加熱方(fang)式(shi)更換為間斷(duan)加熱方(fang)式(shi)，根(gen)據常用感應加熱方(fang)式(shi)，將停止加熱的(de)(de)間隔時間設置為２０ｓ。

２．３間斷加熱方(fang)式

設置感應間隔２０ｓ加熱１０ｓ的(de)間斷加熱模式，分(fen)(fen)別采用表１中的(de)ｃａｓｅ３和(he)ｃａｓｅ４進行計(ji)算分(fen)(fen)析，即固定(ding)電(dian)(dian)流(liu)頻率為１０ｋＨｚ，電(dian)(dian)流(liu)分(fen)(fen)別采用５００Ａ和(he)８００Ａ進行計(ji)算，１５００ｓ后不銹鋼(gang)管溫度場穩定，結果如(ru)圖５所示(shi)。

由圖５（ａ）可知，當電流頻率(lv)為１０ｋＨｚ，電流大小為５００Ａ時，坡口兩側２５０ｍｍ范圍內不銹鋼(gang)管的溫度(du)升高，最高溫度(du)出現(xian)在(zai)坡(po)口兩側８５ｍｍ內，為(wei)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(bu)銹鋼管的(de)溫度升高(gao)，溫度在(zai)坡口兩側分布對稱，且隨著(zhu)與坡口處距離的(de)增加而遞減，最(zui)高(gao)溫度出現在(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(du)分布。由(you)圖可知(zhi)，坡口兩側４８０ｍｍ內的不銹鋼管溫度升高，坡口兩側寬度５０ｍｍ、深度３８ｍｍ內(nei)的(de)不(bu)銹鋼(gang)管(guan)溫度最高，在１１０～１３０℃范圍內。不銹(xiu)鋼管內(nei)部溫度在１１０℃以下，內外溫差嚴重，這是由于感應加熱的集膚效應，不銹(xiu)鋼管外(wai)表面升溫迅速(su)，從外(wai)表面到(dao)內表面溫度(du)梯(ti)度(du)較大，這(zhe)種(zhong)溫度(du)梯(ti)度(du)容(rong)易引起應力(li)集中(zhong)，因此(ci)再次(ci)調整方案(an)，通過改(gai)變線圈電流大小來改(gai)善不銹鋼管內的熱傳導作用，從(cong)而減小內外溫(wen)差。比較(jiao)圖５（ｂ）和圖６可(ke)知，當(dang)電流為８００Ａ時(shi)不銹鋼管(guan)溫(wen)度(du)超過工藝(yi)要求(qiu)，當電流(liu)為７００Ａ時(shi)不(bu)銹鋼管溫度達不到工藝要求，因此將電(dian)流調節(jie)至(zhi)７５０Ａ（ｃａｓｅ６）再次(ci)進(jin)行(xing)計算，結果如(ru)圖(tu)７所(suo)示。由(you)圖(tu)７（ａ）可(ke)知，當電(dian)流頻率為１０ｋＨｚ，電(dian)流大小(xiao)為７５０Ａ時(shi)，坡口兩側５００ｍｍ內不銹鋼管溫度升高，不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)內外壁受熱均勻(yun)，這是由于增大電(dian)流后不(bu)銹鋼(gang)管表面(mian)渦流增大，從而使得(de)熱傳導(dao)作用增強(qiang)，內外壁溫差(cha)減(jian)小。由圖７（ｂ）可知，坡口兩側１２８ｍｍ范圍(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。

為了更好的(de)分析溫(wen)度隨(sui)時間的(de)變化(hua)情(qing)況，做出圖(tu)７（ｂ）中１、２、３點溫(wen)度隨(sui)時間變化(hua)的(de)曲(qu)線，如圖(tu)８所示。由圖(tu)８可知，內外(wai)(wai)壁(bi)升(sheng)溫(wen)階段(duan)均為非(fei)線性曲(qu)線，升(sheng)溫(wen)速率從(cong)外(wai)(wai)壁(bi)往內部逐漸(jian)遞減。當達到最高溫(wen)度后，加熱停止，不(bu)銹鋼管與外部空氣進行熱交換，此時整個不銹鋼管溫(wen)度都快速(su)下降(jiang)(jiang)，并且各(ge)點(dian)溫(wen)度下降(jiang)(jiang)曲線一(yi)致，降(jiang)(jiang)溫(wen)速(su)率均隨著溫(wen)度的降(jiang)(jiang)低而減小，這(zhe)是(shi)由于(yu)不銹(xiu)鋼管溫度越(yue)高，與周(zhou)圍(wei)空氣(qi)的熱(re)傳導和(he)對流(liu)換(huan)熱(re)越(yue)嚴重，溫度下(xia)降速率越(yue)快。當不銹(xiu)鋼(gang)管與周圍空(kong)氣之(zhi)間的(de)溫(wen)差減(jian)小(xiao)時(shi)，對應的(de)導熱(re)與換熱(re)作(zuo)用也(ye)減(jian)小(xiao)，在(zai)圖８中表(biao)現為降溫(wen)曲(qu)線越來越平緩(huan)。在(zai)此(ci)種加熱(re)方(fang)式(shi)作(zuo)用下(xia)，不銹鋼管外(wai)壁最高溫(wen)度為(wei)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銹鋼管外部往內部的熱傳導，同時線(xian)圈電流頻率為(wei)１０ｋＨｚ、電流大小為(wei)７５０Ａ能很(hen)好地滿足溫度(du)工藝要求，為(wei)最佳方(fang)案。為(wei)了(le)驗(yan)證模(mo)擬(ni)(ni)結(jie)果(guo)(guo)的正確(que)性，使用點(dian)焊(han)的方(fang)式將Ｋ型(xing)鎳(nie)鉻－鎳(nie)硅熱電偶固定在圖(tu)７（ｂ）中所示的點(dian)１位置，測出(chu)在最佳感應(ying)加熱方(fang)案條(tiao)件下點(dian)１處(chu)的實(shi)際溫度(du)變(bian)化曲線(xian)，并與(yu)模(mo)擬(ni)(ni)溫度(du)變(bian)化曲線(xian)進行對(dui)比，如圖(tu)９所示。結(jie)果(guo)(guo)表(biao)明：模(mo)擬(ni)(ni)結(jie)果(guo)(guo)與(yu)實(shi)驗(yan)數據(ju)較吻合，數值分析結(jie)果(guo)(guo)可(ke)以有效地預測焊(han)前感應(ying)預熱溫度(du)場變(bian)化。不銹(xiu)鋼管降溫(wen)階(jie)段的(de)模擬值(zhi)與實(shi)驗值(zhi)存在一定誤差，誤差產生的(de)原因(yin)可能是模擬過程中材料熱(re)物性參數的(de)設置與實(shi)際值(zhi)存在偏差。

為了比較不銹鋼管開坡(po)口時與(yu)未開坡(po)口時的溫度分布情況，選用最佳(jia)工藝方(fang)案(an)（ｃａｓｅ６）對(dui)未考慮坡(po)口時的不銹鋼管進(jin)行焊前預熱溫度場進(jin)行模擬，得到如圖(tu)１０所示的溫度分布。比較圖(tu)１０（ｂ）和圖(tu)７（ｂ）可知，不銹鋼管未開坡(po)口時最高溫度超過(guo)１３０℃，且不銹鋼管整體(ti)(ti)溫(wen)度(du)比開坡口時高出約３０℃。由此可知，坡口對不銹鋼管溫度(du)的(de)分布(bu)及大小影響很大，因此(ci)焊(han)前感(gan)應預熱模擬時必須要考慮坡口的(de)存在(zai)。

３結語(yu)

通過(guo)改變(bian)電流參數（電流頻(pin)率(lv)、電流大(da)小）和感應加(jia)熱(re)方(fang)式，模擬計算了(le)３２１不(bu)銹鋼在不(bu)同參數下的感應預熱(re)溫度分布。通過(guo)比較可知當電流頻(pin)率(lv)為１０ｋＨｚ、電流大(da)小為７５０Ａ，采用(yong)間隔２０ｓ加(jia)熱(re)１０ｓ的加(jia)熱(re)方(fang)式時，不(bu)銹鋼管外壁最(zui)高溫度為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。