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验公式和试验法。
感应加热装置的设计中，为了提高感应器加热工件表面的热效率，除了感应
器的制作尽可能采用紫铜管或紫铜板，还充分利用磁通集中器的驱流作用，在感
应器上镶装磁通集中器能集中磁力线，改变电流状况。通常中频设备用硅钢片磁
通集中器，高频设备用铁氧体导磁材料[37]
。目前高频感应器上多用磁电介质作
为磁通集中器，并且国内外已有不少制造商。对感应加热技术的研究实际上就是
对涡流场和温度场进行分析研究，温度场所需要的热源由电磁感应过程产生的涡
流功率提供的。在感应加热装置中，引导激磁电流的感应器是实现感应加热的核
心部分。因此，直接影响感应加热装置运行性能的感应器的设计和参数计算,是
整个装置设计的核心所在，在感应器的设计和参数的计算以及感应加热的热计算
都要求在求解了感应加热涡流场的基础上才能比较准确的进行，因此，感应涡流
场的分析乃感应继而整个工程设计计算的重要基础。
感应加热是热处理中自动化程度高、效率高、能耗最低的热处理技术，其特
点是加热速度快，氧化脱碳少，工件变形小，无污染，易于实现局部加热和连续
加热，便于实现机械化、自动化。
1.4 本文研究内容
针对传统螺柱焊接容易出现未熔合、气孔、裂纹等焊接缺陷的问题，本文设
计试验主要研究以下内容：
（1） 利用现有设备实现复合热源自动螺柱焊工艺；
（2） 研究最佳焊接工艺参数与螺柱接头性能的关系；
（3） 研究采用复合热源自动螺柱焊工艺对接头微观组织的影响；
（4） 研究不同中碳高强高硬钢材料对复合热源自动焊工艺的适应性；
（5） 研究不同螺柱直径对接头质量的影响。
2 复合热源自动螺柱焊工艺方法设计
2.1 中碳调质钢厚大构件与中大直径螺柱焊接难点
（1）高强高硬中碳调质钢其碳当量在 0.75-0.95之间，属于极难焊接的金属
材料，结合螺柱焊自身焊接速度快、冷却快的特点使得焊接接头极易产生细小的
脆性组织和冷裂纹缺陷。
（2）针对中大直径实心螺柱的焊接，采用传统的电容储能螺柱焊及电弧螺
柱焊常伴随大量的飞溅、未熔合等焊接缺陷，不能获得优质的焊接接头。
（3） 与中大直径相连接的厚大高强高硬中碳调质钢材料自身属于厚大构件，
三文方向都能进行快速的散热，造成冷却速度的进一步加快从而引发未熔合、成
形不良等缺陷。同时螺柱与母材之间存在的尺寸差距，形成厚大构件与微小零部
件的焊接情况，在快速加热的螺柱电弧作用下厚大工件难以熔化，而微小螺柱却
易过热而过熔化，这样的非对称结构，又给实现优质接头带来了巨大的困难。
2.2 试验设计思路
为解决以上难点，试验利用机器人的定位系统，在传统电弧螺柱焊接之前，
先利用感应热源进行加热，实现复合热源焊接，并在焊接时采用陶瓷环进行保护，
以期解决未熔合、夹渣、成型不良、脆性组织、冷裂纹尤其是延迟裂纹等焊接缺
陷。采用对比试验的方法开展针对 16mm、22mm 螺柱在20mm 不同板材上的复
合热源焊接试验，研究不同感应时间（温度）对接头外观、力学性能、微观组织
的影响，以确定较好的感应加热参数。同时研究不同母材及不同螺柱直径对焊接
接头质量的影响。流程如图 2.2。
图 2.2 试验流程图 2.3 本章小结
本章分析了中碳调质钢厚大构件与中大直径螺柱焊接难点，并据此设计了复