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基于电磁热耦合的感应加热65Mn带钢有限元仿真

         
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摘要

电磁感应加热是涉及磁场、电场、温度场、相变和应力应变的过程,在整个电磁感应过程中交变电流产生电磁场,电磁场会影响交变的电场,具有加热效率高、可自动控制、环境污染小和加热周期短等优点。根据麦克斯韦方程组和温度微分方程,建立电磁场与温度场耦合的有限元数学模型,利用有限元软件Maxwell 3D建立横截面为3 mm×12 mm的65Mn带钢电磁热耦合数学模型,分析电流频率、交变电流和位置对带钢的磁场强度、磁通量密度、电流密度和温度场的影响规律。研究发现,随着电磁感应线圈电流频率和交变电流的增大,感应加热65Mn带钢的磁场强度、磁通量密度、电流密度和温度场也进一步增大,且带钢上部和下部的磁场强度、磁通量密度、电流密度较中部大。同时,采用电磁感应加热设备对65Mn带钢进行试验,研究了电磁感应加热带钢芯部和表面的温度变化、带钢横截面的微观组织变化和硬度变化。结果表明,在相同电流频率、不同交变电流下,电流透入深度基本不变,约为115μm,这是因为电流透入深度只与电流频率、导体磁导率和电阻率有关。当感应线圈交变电流为210 A时,感应加热后65Mn带钢部分被奥氏体化,集肤效应区域硬度较低。

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