電磁脈沖焊接
編輯電磁脈沖焊接(MPW)是一種固態焊接工藝,利用磁力將兩個工件焊接在一起。焊接機理與爆炸焊接最相似。磁脈沖焊接開始于1970年代初,當時汽車工業開始使用固態焊接。使用電磁脈沖焊接的xxx優點是避免了脆性金屬間相的形成。因此,不同的金屬可被焊接,這不能有效地通過加入熔焊。通過磁脈沖焊接,可以在幾微秒內完成相似和不同金屬的高質量焊接,而無需保護氣體或焊接材料。
電磁脈沖焊接的處理
編輯電磁脈沖焊接基于非常短的電磁脈沖(<100 μs),該電磁脈沖是通過電容器通過低電感開關快速放電到線圈中而獲得的。具有非常高的振幅和頻率(500 kA和15 kHz)的脈沖電流會產生高密度磁場,從而在其中一個工件中產生渦流。產生排斥力的洛倫茲力,遠遠超過材料屈服強度的高電磁壓力導致加速度,并且其中一個工件以高達500 m / s(1100 mph)的碰撞速度撞擊到另一部分。
在電磁脈沖焊接過程中,由于射流和碰撞區域附近的高溫,會產生高塑性變形以及高剪切應變和氧化物破壞。由于微結構的細化、位錯單元、滑移彎曲、微孿晶和局部再結晶,這導致固態焊接。
電磁脈沖焊接的原理
編輯為了獲得牢固的焊接,必須滿足以下幾個條件:
- 噴射條件:與本地材料的聲速相比,碰撞必須是亞音速的,以產生噴射。
- 高壓狀態:沖擊速度必須足以獲得流體動力狀態,否則零件將僅卷曲或成形。
- 碰撞過程中不會融合:如果壓力太高,材料可能會局部熔化并重新固化。這會導致焊接不牢固。
電磁脈沖焊接與爆炸焊接之間的主要區別在于,在爆炸焊接過程中,碰撞角和速度幾乎恒定,而在電磁脈沖焊接中,它們連續變化。
電磁脈沖焊接的優勢
編輯- 允許焊接其他工藝難以解決的設計。
- 高速脈沖的持續時間為10到100 μs,xxx的時間限制是加載和卸載以及電容器的充電時間。
- 由于缺少易耗部件(例如電極)并且無需清潔,因此可以減少停機時間。
- 適合大規模生產:通常每年焊接1-5百萬次。
- 可以進行異種金屬焊接。
- 焊接無熱影響區。
- 無需填充材料。
- 綠色過程:xxx、無輻射、無需提取設備。
- 保持體積和表面純度。
- 可以產生沒有保護氣體的焊縫,可用于在真空下密封零件。
- 接頭的機械強度比母材強。
- 通過調節磁場可以獲得高精度,焊接參數可以通過電子方式更改。
- 根據零件的材料和幾何形狀,可以實現零變形。
- 幾乎為零的殘余應力。
- 焊接區域無腐蝕。
電磁脈沖焊接的缺點
編輯- 挑戰性地適用于非圓形焊縫。
- 零件的幾何形狀可能必須更改以允許進行電磁脈沖處理。
- 如果零件無法滑入或滑出脈沖線圈,則必須設計更復雜的多零件線圈。
- 如果更改材料或尺寸,則可能必須重新設計脈沖線圈。
- 脆性組件可能會因沖擊而破裂(不排除使用玻璃等材料,但必須考慮)。
- 可能會對零件內部或附近存在的任何電子器件產生EMP效應。
- 對于小批量零件,初始投資成本可能會超過較低的每焊縫價格。
電磁脈沖焊接的數值模擬
編輯進行了各種數值研究,以預測MPW的界面行為和傳單的飛行行為,以確定碰撞條件。通常,撞擊之前的飛行器速度決定著界面現象。這是基于過程和可調過程參數而應了解的特征參數。雖然,使用激光測速法進行的實驗測量可以準確評估飛行器的速度,(此類測量的一個示例是光子多普勒測速(PDV)),數值計算可以更好地描述傳單的時空分布。此外,MPW過程的多物理場計算考慮了通過線圈的電流,并計算出電磁-機械耦合問題的物理行為。有時,這些模擬還允許包括過程中的熱效應。還描述了用于LS-DYNA仿真的3D示例模型。還提供了過程的物理相互作用、控制方程式、拆分過程以及邊界條件和初始條件的一些詳細信息。該模型用于顯示3D計算的能力,以預測過程行為,尤其是傳單的運動學和宏觀變形。
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