Магнитно-импульсная сварка

Магнитно-импульсная сварка ( MPW ) — это процесс сварки в твердом состоянии , в котором используются магнитные силы для сварки двух заготовок вместе. Механизм сварки наиболее аналогичен механизму сварки взрывом . ^[1]Начало магнитно-импульсной сварки. ^{[ нужны разъяснения ]} в начале 1970-х годов, когда в автомобильной промышленности начали использовать твердотельную сварку. ^{[ нужна ссылка ]}

Основное преимущество использования магнитно-импульсной сварки заключается в том, что предотвращается образование хрупких интерметаллических фаз, что позволяет соединять металлы, которые невозможно эффективно соединить сваркой плавлением . ^{[ нужна ссылка ]} Кроме того, этот процесс происходит практически мгновенно и не требует защитного газа или других сварочных материалов.

Процесс

Магнитно-импульсная сварка основана на очень коротком электромагнитном импульсе (<100 мкс), который получается путем быстрого разряда конденсаторов через переключатели с низкой индуктивностью в катушку. Импульсный ток очень большой амплитуды и частоты (500 кА и 15 кГц) создает магнитное поле высокой плотности, которое создает вихревой ток в одной из заготовок. Создаются отталкивающие силы Лоренца , и высокое магнитное давление, значительно превышающее предел текучести материала, вызывает ускорение одной из заготовок до скорости до 500 м/с (1100 миль в час) при столкновении. ^{[ нужна ссылка ]}

высокая пластическая деформация , высокая сдвиговая деформация и разрушение оксида под действием струи. При магнитно-импульсной сварке развивается ^{[ нужны разъяснения ]} и высокие температуры вблизи зоны столкновения. Это приводит к твердотельному сварному шву за счет измельчения микроструктуры ( дислокационные ячейки , полосы скольжения , микродвойники и локальная рекристаллизация ). ^[2]

Принципы

Для получения прочного сварного шва необходимо соблюдение нескольких условий: ^[3]

Условие струи: для образования струи столкновение должно быть дозвуковым по сравнению со скоростью звука в местном материале.
Режим высокого давления: скорость удара должна быть достаточной для достижения гидродинамического режима, иначе детали будут только обжиматься или формоваться.
Отсутствие плавления во время столкновения: если давление слишком высокое, материалы могут локально расплавиться и повторно затвердеть. Это может привести к слабому сварному шву.

Основное отличие магнитно-импульсной сварки от сварки взрывом состоит в том, что угол столкновения и скорость в процессе сварки взрывом практически постоянны, тогда как при магнитно-импульсной сварке они непрерывно изменяются. ^{[ нужна ссылка ]}

Численное моделирование MPW

Были проведены различные численные исследования для прогнозирования поведения интерфейса MPW и поведения летательного аппарата в полете для определения условий столкновения. Как правило, скорость летательного аппарата 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 дают точную оценку скорости летательного аппарата; одним из примеров таких измерений является фотонная доплеровская скорость (PDV) ; численные вычисления позволяют лучше описать скорость летательного аппарата с точки зрения пространственного и временного распределения. ^{[ нужна ссылка ]}

Мультифизическое вычисление процесса MPW может принять во внимание электрический ток через катушку и вычислить физическое поведение для электромагнитно-механической связанной задачи. Такое моделирование также позволяет учесть тепловой эффект во время процесса. ^[4]^[5] Также используется пример 3D-модели, используемой для моделирования LS-DYNA , и он также предоставляет некоторые подробности о физических взаимодействиях процесса, основных уравнениях, процедуре разрешения, а также граничных и начальных условиях. ^{[ нужна ссылка ]} Модель используется, чтобы продемонстрировать способность трехмерных вычислений прогнозировать поведение процесса, в частности, кинематику флаера и макроскопическую деформацию. ^[6]^[7]

Ссылки

^ Веман, Клас (2003), Справочник по сварочным процессам , CRC Press, стр. 91–92, ISBN. 978-0-8493-1773-6 .
^ А. Стерн, В. Шрибман, А. Бен-Арци и М. Айзенштейн, «Явления интерфейса и механизм соединения при магнитно-импульсной сварке», «Журнал материаловедения и производительности», 2014. ^{[ нужна страница ]}
^ Магнитно-импульсная сварка: Ж. П. Кук-Леландайс, С. Феррейра, Г. Аврило, Г. Мазарс, Б. Рауффе: Сварочные окна и моделирование высокоскоростного удара. ^{[ нужна страница ]}
^ Сапанатан, Т.; Раоэлисон, Р.Н.; Бюирон, Н.; Рачик, М. (2016). «Магнитно-импульсная сварка: инновационная технология соединения одинаковых и разнородных пар металлов». Объединение технологий . дои : 10.5772/63525 . ISBN 978-953-51-2596-9 . S2CID 62881653 .
^ Раоэлисон, Р.Н.; Сапанатан, Т.; Падайоди, Э.; Бюирон, Н.; Рачик, М. (2016). «Межфазная кинематика и управляющие механизмы под воздействием условий воздействия с высокой скоростью деформации: численные расчеты экспериментальных наблюдений». Журнал механики и физики твердого тела . 96 : 147–161. Бибкод : 2016JMPSo..96..147R . дои : 10.1016/j.jmps.2016.07.014 .
^ Л'Эплаттенье, Пьер; Кук, Грант; Эшкрафт, Клив; Бургер, Майк; Имберт, Хосе; Уорсвик, Майкл (май 2009 г.). «Внедрение модуля электромагнетизма в LS-DYNA для совместного механо-термо-электромагнитного моделирования». Международное исследование стали . 80 (5): 351–8.
^ И. Калдичури и П. Л'Эплаттенье, Руководство по электромагнитной теории, Livermore Software Technology Corporation, Калифорния, США, 2012. ^{[ нужна страница ]}

Внешние ссылки

Электромагнитная импульсная технология (EMPT): формовка, сварка, обжимка и резка Р. Шефера, П. А. Паскуале и С. В. Калле
Трехмерное моделирование воздействия магнитно-импульсной сварки и сравнение с экспериментальными данными Ж.-П. Кук-Леландэ*, Ж. Аврийо, С. Феррейра, Г. Мазарс, А. Ноттебарт, Ж. Тейя, В. Шрибман
Применение электромагнитных импульсов в автомобилестроении (EMPT) С.В. Калли, Р. Шефера и П.А. Паскуале.
Специальный выпуск «Импульсные производственные технологии», авторы Верена Псик и др., J. Manuf. Матер. Процесс. 2021, 5(3), 96, ISSN 2504-4494.

[1] Веман, Клас (2003), Справочник по сварочным процессам , CRC Press, стр. 91–92, ISBN. 978-0-8493-1773-6 .

[2] А. Стерн, В. Шрибман, А. Бен-Арци и М. Айзенштейн, «Явления интерфейса и механизм соединения при магнитно-импульсной сварке», «Журнал материаловедения и производительности», 2014. ^{[ нужна страница ]}

[3] Магнитно-импульсная сварка: Ж. П. Кук-Леландайс, С. Феррейра, Г. Аврило, Г. Мазарс, Б. Рауффе: Сварочные окна и моделирование высокоскоростного удара. ^{[ нужна страница ]}

[4] Сапанатан, Т.; Раоэлисон, Р.Н.; Бюирон, Н.; Рачик, М. (2016). «Магнитно-импульсная сварка: инновационная технология соединения одинаковых и разнородных пар металлов». Объединение технологий . дои : 10.5772/63525 . ISBN 978-953-51-2596-9 . S2CID 62881653 .

[5] Раоэлисон, Р.Н.; Сапанатан, Т.; Падайоди, Э.; Бюирон, Н.; Рачик, М. (2016). «Межфазная кинематика и управляющие механизмы под воздействием условий воздействия с высокой скоростью деформации: численные расчеты экспериментальных наблюдений». Журнал механики и физики твердого тела . 96 : 147–161. Бибкод : 2016JMPSo..96..147R . дои : 10.1016/j.jmps.2016.07.014 .

[6] Л'Эплаттенье, Пьер; Кук, Грант; Эшкрафт, Клив; Бургер, Майк; Имберт, Хосе; Уорсвик, Майкл (май 2009 г.). «Внедрение модуля электромагнетизма в LS-DYNA для совместного механо-термо-электромагнитного моделирования». Международное исследование стали . 80 (5): 351–8.

[7] И. Калдичури и П. Л'Эплаттенье, Руководство по электромагнитной теории, Livermore Software Technology Corporation, Калифорния, США, 2012. ^{[ нужна страница ]}

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]