电磁脉冲焊接

电磁脉冲焊接（MPW）是一种固态焊接工艺，利用磁力将两个工件焊接在一起。焊接机理与爆炸焊接最相似。磁脉冲焊接开始于1970年代初，当时汽车工业开始使用固态焊接。使用电磁脉冲焊接的xxx优点是避免了脆性金属间相的形成。因此，不同的金属可被焊接，这不能有效地通过加入熔焊。通过磁脉冲焊接，可以在几微秒内完成相似和不同金属的高质量焊接，而无需保护气体或焊接材料。

电磁脉冲焊接基于非常短的电磁脉冲（<100 µs），该电磁脉冲是通过电容器通过低电感开关快速放电到线圈中而获得的。具有非常高的振幅和频率（500 kA和15 kHz）的脉冲电流会产生高密度磁场，从而在其中一个工件中产生涡流。产生排斥力的洛伦兹力，远远超过材料屈服强度的高电磁压力导致加速度，并且其中一个工件以高达500 m / s（1100 mph）的碰撞速度撞击到另一部分。

在电磁脉冲焊接过程中，由于射流和碰撞区域附近的高温，会产生高塑性变形以及高剪切应变和氧化物破坏。由于微结构的细化、位错单元、滑移弯曲、微孪晶和局部再结晶，这导致固态焊接。

为了获得牢固的焊接，必须满足以下几个条件：

• 喷射条件：与本地材料的声速相比，碰撞必须是亚音速的，以产生喷射。
• 高压状态：冲击速度必须足以获得流体动力状态，否则零件将仅卷曲或成形。
• 碰撞过程中不会融合：如果压力太高，材料可能会局部熔化并重新固化。这会导致焊接不牢固。

电磁脉冲焊接与爆炸焊接之间的主要区别在于，在爆炸焊接过程中，碰撞角和速度几乎恒定，而在电磁脉冲焊接中，它们连续变化。

• 允许焊接其他工艺难以解决的设计。
• 高速脉冲的持续时间为10到100 µs，xxx的时间限制是加载和卸载以及电容器的充电时间。
• 由于缺少易耗部件（例如电极）并且无需清洁，因此可以减少停机时间。
• 适合大规模生产：通常每年焊接1-5百万次。
• 可以进行异种金属焊接。
• 焊接无热影响区。
• 无需填充材料。
• 绿色过程：xxx、无辐射、无需提取设备。
• 保持体积和表面纯度。
• 可以产生没有保护气体的焊缝，可用于在真空下密封零件。
• 接头的机械强度比母材强。
• 通过调节磁场可以获得高精度，焊接参数可以通过电子方式更改。
• 根据零件的材料和几何形状，可以实现零变形。
• 几乎为零的残余应力。
• 焊接区域无腐蚀。

• 挑战性地适用于非圆形焊缝。
• 零件的几何形状可能必须更改以允许进行电磁脉冲处理。
• 如果零件无法滑入或滑出脉冲线圈，则必须设计更复杂的多零件线圈。
• 如果更改材料或尺寸，则可能必须重新设计脉冲线圈。
• 脆性组件可能会因冲击而破裂（不排除使用玻璃等材料，但必须考虑）。
• 可能会对零件内部或附近存在的任何电子器件产生EMP效应。
• 对于小批量零件，初始投资成本可能会超过较低的每焊缝价格。

进行了各种数值研究，以预测MPW的界面行为和传单的飞行行为，以确定碰撞条件。通常，撞击之前的飞行器速度决定着界面现象。这是基于过程和可调过程参数而应了解的特征参数。虽然，使用激光测速法进行的实验测量可以准确评估飞行器的速度，（此类测量的一个示例是光子多普勒测速（PDV）），数值计算可以更好地描述传单的时空分布。此外，MPW过程的多物理场计算考虑了通过线圈的电流，并计算出电磁-机械耦合问题的物理行为。有时，这些模拟还允许包括过程中的热效应。还描述了用于LS-DYNA仿真的3D示例模型。还提供了过程的物理相互作用、控制方程式、拆分过程以及边界条件和初始条件的一些详细信息。该模型用于显示3D计算的能力，以预测过程行为，尤其是传单的运动学和宏观变形。