[发明专利]一种棒材感应热加工的工艺方法

说明书

本发明公开了一种棒材感应热加工的工艺方法，该方法是在棒材中心温度达到要求后提出的一种平衡加热速度和加热质量的方法，通过研究加热速度和加热残余应力的关系，选择出在满足焊接质量的同时，能够达到的最大加热速度，以满足工厂对热加工质量和加热速度的要求，提高加热质量和热加工效率，并且能提高工厂的生产效益。

技术领域

本发明属于棒材生产领域，具体涉及一种棒材感应热加工的工艺方法。

背景技术

感应加热的原理是在线圈内通入交频电流，在线圈内交频电流的作用下棒材内部产生感生电流，感生电流生热以实现对棒材的加热过程。该加热过程清洁、高效、便捷、节约，所以在棒材热加工领域被广泛采用。

在感应加热时，由于集肤效应的作用，感生电流主要集中在棒材外表面。外表面的温度会在很短的时间内急速上升，而棒材内部几乎不存在感生电流。棒材内部升温热源主要来源于棒材外表面对内部的热传导。而该热传导的程度取决于加热过程棒材运行速度，即加热速度。但是在实际加工过程中，加热区域环境复杂，棒材内部的温度很难直接测量，也就很难直接观测热加工状态，而加热状态直接影响着热加工最后的质量。

在棒材温度达到要求的前提下，当加热速度过快时，棒材内部热传递不足，且棒材中心轴温度和外表面最高温度的温度差过大，会导致最后残余应力过大，严重影响热加工质量；当加热速度过慢时，内部温度过高，会造成生产成本增大，并且由于加热速度的降低会严重影响生产效率，进而会严重降低工厂的生产效益。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种棒材感应热加工的工艺方法，通过研究加热速度和加热残余应力的关系，选择出在满足焊接质量的同时，能够达到的最大加热速度，以满足工厂对热加工质量和加热速度的要求。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种棒材感应热加工的工艺方法，包括以下步骤：

①、根据棒材感应热加工参数设定初始加热速度V₀；设定速度增量ΔV，加热速度公式如下：

V＝V₀+n×ΔV (1)

其中n依次取值为1，2，3，4····n；

②、设定目标残余应力σ₀，棒材感应加热过程达到动态稳定状态后，棒材外表面最高温度和棒材中心轴温度的差值越大，加工后的残余应力会越大，进而会影响棒材热加工质量，所以根据需要的加工质量来设定目标残余应力σ₀；

③、感应热加工棒材的温度场的计算；

根据步骤①中的棒材的感应热加工参数和设定的初始速度V₀求解感应热加工棒材的温度场，其中温度场计算公式如下：

公式(2)为麦克斯韦方程组，其中，H为磁场强度，J为电流密度，D为电位移，E为电场强度，B为磁通密度；

A、计算电流密度J：

根据结构方程：

其中，ε为介电常数，μ为磁导率，σ为电导率；

由上述方程(2)和(3)即可求解出感应电流密度J；

B、用感应电流产生的焦耳热作为热源，计算温度场热源：

q_v＝ρ|J|² (4)

其中，q_v为内热源密度，ρ为电阻率；

C、建立初始温度边界条件：