根据电磁感应原理,变化的磁场会在闭合导体中感应涡流,感生的涡流与磁场相互作用在导体内部产生电磁力,同时由于导体电阻的存在产生焦耳热。借助电磁力和焦耳热可以改变导体工件的应力状态和热过程。利用电磁感应原理作为外加输入能量方式,其突出的优势就在于非接触性、无污染、加载速度快和易于自动化控制。本文综合利用电磁感应产生的力效应和热效应,从理论和实验两方面较系统地进行了控制薄板焊接变形及高强钢焊接冷裂纹的新方法研究,主要研究内容包括如下几个方面:从理论和数值模拟两个方面较系统地研究了控制焊接变形所用平面螺旋线圈的电磁力特性。基于电磁场理论并结合线圈感生磁场和电磁力分布的特点,建立了表征平面螺旋线圈电磁力的数学表达式,揭示各物理量(放电参数、线圈参数和材料参数)与电磁力大小、分布之间的物理关系,可用于计算导体工件内部各点的电磁力。将公式的计算结果与其它学者的测量和数值模拟结果进行了比较,吻合良好。结合所建立的电磁力公式,通过数值模拟方法较系统地研究了在焊接过程中施加电磁力冲击时焊接应力应变场的演变规律,揭示了电磁力场与焊接应力场的相互作用机制。电磁力瞬时加载引起了明显的材料应变速率敏感性,材料变形抗力增加;焊接应力的存在促进电磁力作用下焊缝金属的塑性延展;塑性应变改变主要发生在产生电磁力峰值的焊缝及近缝区,塑性应变变化以纵向的塑性延展为主,横向塑性应变改变与之相比很小。通过比较发现,在相同放电能量条件下,双线圈串联加载电磁力显著增加电磁能量利用率。与单个线圈加载相比,焊缝区塑性延展总量增加,焊接应力下降幅值明显增大。对随焊连续电磁冲击和常规焊过程的应力应变变化进行了数值模拟研究。结果表明,在焊接的同时沿焊缝方向进行多次电磁冲击可以显著降低焊接残余应力,减小焊接变形;而且双线圈串联加载时的焊接应力和变形控制效果明显优于单线圈加载。研制了新型脉冲电磁冲击电源,建立了随焊电磁冲击控制焊接应力变形的实验系统。采用脉冲焊接方法,通过相关硬件电路和控制程序,将电磁冲击电源与焊接电源时序协调控制,实现了随焊非接触施加电磁冲击控制焊接应力和变形,获得无表面损伤的低应力小变形焊件。实验结果也进一步证实:双线圈的加载方式更优于单个线圈加载。双线圈加载可提高焊接变形的控制效果,增加电磁能量的利用率。对于高强钢焊接冷裂纹,综合利用电磁感应产生的力效应和热效应,提出了复合电磁感应控制高强钢焊接冷裂纹的新方法:在焊接过程中,热源后方跟随一个平面线圈作为辅助热源进行感应加热,根据被焊材料CCT曲线调整焊接冷却过程,减少焊缝及热影响区的淬硬马氏体含量,提高组织韧性;利用平面螺旋线圈在焊道背面沿焊缝方向不同位置施加多次电磁冲击,降低焊接构件残余应力整体水平,二者共同作用控制高强钢焊接冷裂纹。斜Y坡口抗裂实验结果表明:该方法可有效降低试件裂纹率;感应加热的辅助热作用使接头区淬硬马氏体含量明显减小;热影响区显微硬度峰值明显下降;由于电磁冲击的塑性延展作用,焊件残余应力整体水平有了较明显降低;整个接头抗裂能力明显提高。