1. 研究目的与意义（文献综述）

随着当前新能源汽车，新材料行业的快速发展，铝及其合金因其比强度高，导电导热性好，不易腐蚀的特性而得到广泛应用。同时由于其导热性好，熔点低等特点，传统焊接方法难以实现高效，高质量的焊接。而感应钎焊凭借其加热速度快，工件表面氧化程度轻、烧损小，可防止过热变形，并能有效地防止基体金属晶粒长大的特点，得到铝合金焊接的青睐^[1]。但由于感应加热工件升温速度快、温度梯度大，温度场的准确测量难以实现，故采用计算机仿真模拟得到感应加热的温度场分布^[1]。实际生产中，u型线圈因其效率高的优点得到广泛采用，但由于其存在开口，使得工件上产热不均匀，温度场分布不均匀，易产生接头未焊透，过热等缺陷。故需要通过仿真模拟，调整u型加热装置的尺寸及形状，以得到均匀的温度场分布。

r.c.goldstein^[2]等通过计算机模拟研究和优化马蹄形感应线圈的感应铝钎焊过程，解决大型汽车制造商中接头质量问题；zhao^[3]等通过实验发现焊接线能量对铝-铜超声波焊接头的强度，失效形式和微观组织的影响；zhou^[4]等由实验得出al-cu合金接头的剪切强度随着焊接电流（热量输入）的增加而增加，最大值达到17.66 mpa，之后随着焊接电流的增加而减小，这是由大尺寸的al2cu金属间化合物在铝合金中的分散所致；xiao^[5]等使用zn-3al填充金属进行cu / al异种金属的超声波钎焊，研究钎焊温度对cu / al接头组织和力学性能的影响；杨瑾^[6]等利用ansys有限元软件对感应钎焊加热过程焊件内电磁场、温度场、热应力场及残余应力场进行模拟及分析，避免了大量繁琐的试验；孙建亮^[7]等针对感应加热过程尖角效应问题，提出了3种解决方案：将矩形线圈改为工型线圈；筒节端部焊接热处理环；筒节端部焊接热处理环，同时在线圈端部添加导磁体；赵前哲^[8]等对现有生产线的感应加热过程进行了数值模拟分析，提出了采用两台感应加热炉进行淬火段加热的设计方案，给出了优化后的两台感应加热炉的具体工艺参数；赵天旭^[9]等对高频直缝焊管的中频感应加热过程进行了静态和动态的仿真，并构建横向磁通感应加热实验平台和实时测温控制系统进行感应加热实验，验证了模拟结果的准确性；刘剑^[10]等对静止板坯进行感应加热有限元模拟，得到了板坯温度分布，并通过模拟研究了线圈形状对感应加热效率的影响，探索了不同电流密度、不同频率对板坯温度分布的影响；金玉龙^[11]等考虑到夹具的电磁物性参数是温度的函数，故电磁分析需要根据瞬态热分析的结果重复进行，而电磁场的变化会引起涡流分布的变化，故瞬态热分析也需重复进行；张媛媛^[12]等认为有限元分析存在计算量大、需要认为设定边界等不足，故采用边界元方法进行电磁场分析，可以降低求解问题维度、简单处理无穷远边界条件；储乐平^[13]等提出了电磁-热耦合分析流程；李桃^[14]等分析比较了直接耦合和顺序耦合两种方法，认为顺序耦合更适用于相互作用非线性不高的电磁-热耦合，其更有效、更灵活；孙于^[15]等以“线圈投影规律”为基础，通过有限元法分析提出一种新型横向磁通感应加热线圈结构，使得装置出口处沿带材宽度方向上带材表面温度分布更为均匀；宋燕莎^[16]等提出电流密度过大时，应该注意材料发生二次相变吸热，使得材料温升曲线发生改变。

本课题希望通过有限元软件ansys、maxwell对1060铝管u型线圈感应加热进行温度场模拟，通过调节线圈形状及尺寸，改善u型线圈开口处感应加热温度场分布不均匀的情况。并在实验室加工具有合理形状和尺寸的u型加热装置，钎焊铝管和测量熔合线长度。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

仿真模拟：采用有限元软件ansys对铝管在感应钎焊过程中的温度场进行模拟研究；

实验：根据模拟结果调整感应线圈和集磁器的形状及尺寸，以期获得加热温度均匀的u型感应加热装置。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文文献翻译。明确研究内容，了解研究所需仪器和设备，确定技术方案，并完成开题报告。

第4-10周：对铝管材感应加热系统进行建模及温度场模拟，得出最优的u型加热装置设计方案。

第9-13周：制备u型加热装置，采用加热装置钎焊al管材，测试接头熔合线长度。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]邵伟红，亢世江，杜洪杰，何占启.感应钎焊加热温度场数值模拟方法分析[J].现代焊接,2009,(2): 66-68
[2]R.C.Goldstein，V.S.Nemkov，R.T.Ruffini.Computer-Assisted Induction Aluminum Brazing[J].Industrial Heating，2003，11：45-48
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[5]Xiao Y, Ji H, Li M, et al. Ultrasound-assisted brazing of Cu/Al dissimilar metals using a Zn–3Al filler metal[J]. Materials amp; Design, 2013, 52: 740-747.
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[10]刘剑.连铸直轧板坯感应加热过程的有限元模拟[D].燕山大学,2016
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