Магнитно-импульсная сварка - Magnetic pulse welding - Wikipedia

Магнитно-импульсная сварка космический каркас

Магнитно-импульсная сварка (MPW) является твердотельным сварка процесс, который использует магнитный заставляет сварить две детали вместе. Сварочный механизм больше всего похож на сварка взрывом.[1]Магнитно-импульсная сварка началась в начале 1970-х годов, когда автоматизированная индустрия начал использовать твердотельную сварку. Самым большим преимуществом использования магнитно-импульсной сварки является образование хрупких интерметаллид фаз избегают. Следовательно, можно сваривать разнородные металлы, которые не могут быть эффективно соединены сварка плавлением. Магнитно-импульсная сварка позволяет выполнять высококачественные сварные швы одинаковых и разнородных металлов за микросекунды без использования защитных газов или сварочных материалов.

Процесс

Магнитно-импульсная сварка HVAC сосуд под давлением

Магнитно-импульсная сварка основана на очень коротком электромагнитный импульс (<100 мкс), что достигается быстрой разрядкой конденсаторы через переключатели с низкой индуктивностью в катушку. Импульсный ток с очень высокой амплитуда и частота (500 кА и 15 кГц) создает магнитное поле высокой плотности, которое создает вихревой ток в одной из заготовок. Отталкивающий Силы Лоренца создаются и высокое магнитное давление, значительно превышающее предел текучести материала, вызывающее ускорение, и одна из заготовок ударяется о другую часть со скоростью столкновения до 500 м / с (1100 миль в час).[2]

Во время магнитно-импульсной сварки высокий Пластическая деформация развивается вместе с высокой деформацией сдвига и разрушением оксидов благодаря струе и высоким температурам вблизи зоны столкновения. Это приводит к сварке в твердом состоянии из-за измельчения микроструктуры, дислокационных ячеек, изгибов скольжения, микродвойников и локальной рекристаллизации.[3]

Принципы

Чтобы получить прочный сварной шов, необходимо выполнить несколько условий:[4]

  • Состояние струи: столкновение должно быть дозвуковым по сравнению со скоростью звука местного материала, чтобы образовалась струя.
  • Режим высокого давления: скорость удара должна быть достаточной для получения гидродинамического режима, иначе детали будут только гофрироваться или формироваться.
  • Нет слияния при столкновении: Если давление слишком высокое, материалы могут локально расплавиться и повторно затвердеть. Это может вызвать слабый сварной шов.

Основное различие между магнитной импульсной сваркой и сваркой взрывом состоит в том, что угол столкновения и скорость почти постоянны во время процесса сварки взрывом, тогда как при магнитно-импульсной сварке они постоянно меняются.

Преимущества MPW

  • Позволяет сваривать конструкции, которые с другими процессами сложны или невозможны.
  • Длительность высокоскоростного импульса от 10 до 100 мкс, единственное ограничение по времени - время зарядки и разгрузки и время заряда конденсатора.
  • Меньшее время простоя из-за отсутствия расходных деталей (например, электродов) и отсутствия необходимости чистки.
  • Подходит для массового производства: обычно 1-5 миллионов сварных швов в год.
  • Возможна сварка разнородных металлов.
  • Сваривать без зона термического влияния.
  • Не требуются присадочные материалы.
  • Экологичный процесс: без дыма, без излучения и без оборудования для вытяжки.
  • Сохраняется объемная чистота и чистота поверхности.
  • Может производить сварные швы без защитного газа, может использоваться для герметизации деталей в вакууме.
  • Механическая прочность соединения выше, чем у основного материала.
  • Высокая точность достигается за счет регулировки магнитного поля, параметры сварки можно изменять с помощью электроники.
  • Нулевое искажение может быть достигнуто в зависимости от материалов и геометрии детали.
  • Практически нулевые остаточные напряжения.
  • Отсутствие коррозии в зоне сварки.

Недостатки

  • Сложно применить к сварным швам, которые не являются примерно круглыми.
  • Возможно, придется изменить геометрию деталей, чтобы разрешить процесс магнитного импульса.
  • Если детали не могут быть вставлены в импульсную катушку и из нее, необходимо разработать более сложную, состоящую из нескольких частей, катушку.
  • Импульсную катушку, возможно, придется перепроектировать, если будут изменены материалы или размеры.
  • Хрупкие компоненты могут быть разрушены ударом (не исключает использования таких материалов, как стекло, но это необходимо учитывать).
  • Может произвести EMP воздействие на любую электронику, присутствующую внутри или рядом с деталью.
  • Первоначальные инвестиционные затраты могут перевесить более низкую цену за сварку деталей небольшого объема.

Численное моделирование MPW

Были проведены различные численные исследования для прогнозирования поведения границы раздела MPW и поведения летательного аппарата в полете для определения условий столкновения. Обычно скорость полета до удара определяет межфазные явления. Это характеристический параметр, который следует знать на основе процесса и регулируемых параметров процесса. Хотя экспериментальные измерения с использованием методов лазерной велосиметрии обеспечивают точную оценку скорости полета (одним из примеров такого измерения является Фотонная доплеровская велосиметрия (PDV) ) численные расчеты позволяют лучше описать скорость полета с точки зрения пространственного и временного распределения. Более того, мультифизическое вычисление процесса MPW учитывает электрический ток через катушку и вычисляет физическое поведение для электромагнитно-механической связанной задачи. Иногда это моделирование также позволяет учесть тепловой эффект во время процесса.[5][6] Пример 3D-модели, используемой для LS-DYNA моделирование также описано в[нужна цитата ], а также предоставляет некоторые детали физических взаимодействий процесса, определяющих уравнений, процедуры разрешения, а также граничных и начальных условий. Модель используется для демонстрации возможности трехмерных вычислений для прогнозирования поведения процесса и, в частности, кинематики флаера и макроскопической деформации.[7][8]

Рекомендации

  1. ^ Веман, Клас (2003), Справочник по сварочным процессам, CRC Press, стр. 91–92, ISBN  978-0-8493-1773-6.
  2. ^ Иллюстрация магнитно-импульсной сварки
  3. ^ А. Стерн, В. Шрибман, А. Бен-Арци и М. Айзенштейн, Явления на границе раздела и механизм соединения в магнитно-импульсной сварке, Журнал материаловедения и производительности, 2014.[страница нужна ]
  4. ^ Магнитно-импульсная сварка: J.P. Cuq-Lelandais, S. Ferreira, G. Avrillaud, G. Mazars, B. Rauffet: Сварочные окна и моделирование высокоскоростного удара.[страница нужна ]
  5. ^ Сапанатан, Т .; Raoelison, R.N .; Buiron, N .; Рачик, М. (2016). «Магнитно-импульсная сварка: инновационная технология соединения одинаковых и разнородных металлических пар». Объединение технологий. Дои:10.5772/63525. ISBN  978-953-51-2596-9.
  6. ^ Raoelison, R.N .; Сапанатан, Т .; Padayodi, E .; Buiron, N .; Рачик, М. (2016). «Межфазная кинематика и управляющие механизмы в условиях воздействия высоких скоростей деформации: численные расчеты экспериментальных наблюдений». Журнал механики и физики твердого тела. 96: 147. Bibcode:2016JMPSo..96..147R. Дои:10.1016 / j.jmps.2016.07.014.
  7. ^ L'Eplattenier, Пьер; Повар, Грант; Эшкрафт, Клив; Бургер, Майк; Имберт, Хосе; Уорсвик, Майкл (май 2009 г.). «Внедрение модуля электромагнетизма в LS-DYNA для сопряженного механико-термического-электромагнитного моделирования». Steel Research International. 80 (5): 351–8.
  8. ^ I. aldichoury и P. L’Eplattenier, Руководство по электромагнитной теории, Livermore Software Technology Corporation, Калифорния, США, 2012 г.[страница нужна ]

внешняя ссылка