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                                                                                    采用感應預熱的連續激光淬火(三)

                                                                                    編輯:感應加熱爐
                                                                                    添加時間:2015-08-28 08:55:55 點擊量:

                                                                                    3 數值解
                                                                                        數學模型,即式(2)、(3)和(5)以及相應的邊界條件,其數值解采用 COMSOL Multiphysics 4. 3 專業碼求得。硬耦合公式采用二階有限元法求解。計算時,對諸多數學指示器進行了仔細地監控,例如取決于離散網密度和人為邊界位置的計算結果(3 位有效數)的收斂、時間積分的穩定性等。計算所選定實例的一個變量,一臺頂級計算機運行了4 ~5 h。



                                                                                    4 實例
                                                                                        本文的研究工作要講究效率,因為結果的計算、處理和比較都是非常繁瑣的工作。遺憾的是,一些特殊的變量,如被加熱材料(及其特性)、激光器與兩個感應器的相互幾何位置、感應器電流、屏蔽元件等,都有差異。因此,就被加熱材料而言,本文僅采用了兩種典型的中碳鋼(一種是捷克產 sn12040鋼,另一種是德國產 AISI 4130 鋼)。對用這兩種碳鋼制作的大尺寸鋼板進行加熱。

                                                                                    4. 1 實例 1
                                                                                        首先對 sn12040 鋼表面進行激光加熱,以了解加熱溫度隨時間的變化情況。這時激光器是不移動的。將得到的結果與合作者 MATEX PM(Pilsen)公司測得的試驗數據進行比較。


                                                                                     


                                                                                    靜態激光束加熱(無感應器)
                                                                                    Fig. 2 Heating by static laser beam(without inductor)
                                                                                    板狀工件 x 向的尺寸為 43 mm,y 向為 21 mm,z向為 102 mm。二極管激光器的最大輸出功率 Pmax= 3. 5 kW效率為 35%。為了進行比較,采用了同等效率的穩態功率 1. 925 kW,這是常用的淬火功率值。激光束的寬度為 5 mm。加熱時間為 3 s,隨后激光器斷開。

                                                                                        被加熱的平板為捷克產 sn12040 鋼(相當于我國的 35 鋼),該鋼的臨界點 Ac3= 755 ℃ 。最終 agen= 10 Wm- 2K- 1。加熱過程中加熱點的溫度應超過 1200 ℃,但不得高于 1400 ℃。
                                                                                    數學模型只用式(5)表示(本文不研究磁場)。
                                                                                        計算圍繞 COMSOL4. 3 代碼進行,并以許多內定的特殊步驟和文字材料進行補充。加熱點溫度隨時間的變化與實測數據完全相符。加熱過程開始時有一定的差異,其原因為高溫計只能正確測定約 800 ℃以上的溫度。




                                                                                    sn12040 鋼的電導率隨溫度的變化
                                                                                    Fig. 3 Electric conductivity versus temperature
                                                                                    (carbon steel SN12040)

                                                                                     

                                                                                    sn12040 鋼的熱導率隨溫度的變化
                                                                                    Fig. 4 Thermal conductivity versus temperature
                                                                                    (carbon steel SN12040)

                                                                                     

                                                                                    sn12040 鋼的熱容量隨溫度的變化
                                                                                    Fig. 5 Heat capacity versus temperature
                                                                                    本文由河北遠拓
                                                                                    感應加熱設備廠家整理,轉載時請注明出處:http://www.mufing.com
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                                                                                    抽油桿淬火生產線
                                                                                    抽油桿淬火生產線
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                                                                                    感應加熱電源
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