关于磁脉冲焊接机理及其在异种金属材料连接中的应用 pdf

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1、学兔兔www.xuetutu.com。专家论坛r蜉搞磁脉冲焊接机理及其在异种金属材料连接中的应用北京工业大学机械工程与应用电子技术学院(100124)陈树君夏羽于洋卢振洋刘爽等几个方面。文中通过对材料动力学、热力学以及金属变形学宣脉冲焊是一种类似于爆炸焊的固相连接技术。等多方面知识的学习研究，提出了接头结合机理，并采士程中不需要添加填充金属也不需要保护气体，用相关试验对界面形貌进行分析。同时对所提出的观￡、烟尘，几乎没有热影响区。应用于异种金属材点加以论证。垂时可以充分发挥二种金属各自性能的优势．获1磁脉冲焊接接头结合机理邑优良的焊接接头，避免或减小脆性的或低熔点磁脉冲焊时应用瞬间强

2、磁力使待焊工件作用在一化合物的产生，显著提高接头强度和耐蚀性能⋯。起并形成冶金结合。整个焊接过程可以简化成充电电目前，关于磁脉冲焊接头结合机理的研究国际上路变压器升压、电容储能瞬间触发脉冲电流、线圈感应统一的理论共识。主要还是参考复板流侵彻机电流3部分(图1a)，最终线圈中的电流通过一系列的街机理、亥尔姆霍尔兹失稳机理及应力波机理【2_5】能量转换方式实现了对工件的焊接。线圈电流感应产朝：2O10—11—022010年第12期9学兔兔www.xuetutu.comr缛掳专家论坛∥。～控制器姥嘲O8。。～～～9．一一t●●充电电路真空开关夕：部T件r，=磁场力

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4、，十^一十．,~on、，i；冒___，、～．儿量富I．感应电流墨鲁磁电容I、重一’．一1多、、。目l_内Tf牛T作台66II能量转换ItII(a)系统部分(b)能量转换部分图1磁脉冲焊接原理图生的磁场力分布并不均匀．导致整个焊接过程并不是示意图如图2c所示。并且随电容充电压的增加，外管同步进行的(图2)。通过线圈的电流磁场及外管上感应的飞行速度也增加。这种速度分布也可以解释内棒在出的电流磁场间的相互作用，诱发外部工件以(250～外管的冲击作用下的变形特征。500m／s)的速度瞬间作用于内部工件．界面碰撞点移动速度达到1500～3000m／s。由射流形成机理可知，此时只要碰撞点移动速度

5、保持在亚音速(材料声速)线圈以内，就会在结合界面处产生射流。该射流冲刷或清除了两金属工件待复合面的氧化层和吸附层，为界面冶金结合提供清洁的金属表面，最终实现两金属工件间牢固的固相连接。(a)焊接装配图由冲击焊原理可知．两金属板以一定角度相冲击时，只有当冲击速度大于某一临界值(vmin)时，两金属之间才能形成冶金结合[61。磁脉冲焊作为一种新型的冲击焊技术．由于其线圈中感应磁场能量分布的不均匀性．随着撞击过程的进行，外管冲击速度逐渐减小，当(b)磁场强度分布曲线小于最小临界值时，工件金属之间将不再形成冶金结合。但随着充电电压的增加，外管相应位置的飞行速度也随之增加，此时满足最小临界冲击

6、速度要求的区域就会得以延伸图2是模拟的磁脉冲管与棒焊接装配动态示意图．由图2a可以看出线圈的总长度为10mm，如以线磁场力圈的右边缘做为轴的零点，内棒伸到线圈中点处。螺(c)不同充电电压下外管件飞行线圈内部的磁场强度分布如图2b所示，在线圈的正中速度曲线点处磁场强度最大．与此相对应的外管所受到的磁场图2焊接装配动态示意图力也应最大：外管是在磁场力作用下加速运动撞击内件表面．此时外管沿轴各部位的飞行速度的变化趋磁脉冲焊接过程中的瞬间(百微秒级)高速碰撞，导势与螺线圈内磁场强度基本一致，外管上各点的速度致碰撞界面产生大量的塑性变形，并诱发界面局部温升102010年第12期学兔兔www.x

7、uetutu.com～专家论坛r蜉掳熔化．此时界面将会呈现出一种类流体的状态，这成为特定值时．表面波引起的界面微扰动就会不断扩张释亥尔姆霍尔兹不稳定性的结合机理所提出的先决条件放使界面呈现出波纹状的结合，且伴随着扰动的释放，之一。高速撞击的固体表面必然会产生应力波，根据固波纹幅值／波长大小呈现出正态分布曲线的关系。这就体中应力波理论，两物体撞击后不但会产生压缩波，而是磁脉冲焊接过程中多种因素作用，进而产生的亥尔且也会产生剪切波及表面波。图3为模拟得到锤击无限姆霍尔兹不稳定性的实质。当然相对于具体的待焊工大物体表面时产生的压缩波、剪切波及表面波的传播情件，由于其材料性能差异的关系，所形

8、成的界面结合波况i71。在金属铝表面压缩波的传播速度(5100m／s)要远大于纹各有其特殊之处。试验验证部分将对所提出的结合剪切波(3100m／s)及表面波(2800m／s)；图3中压缩波及机理以及各种特殊情况加以解释论证。剪切波主要是沿撞击方向向物体内部传递，而表面波2异种金属材料焊接试验主要是沿表面传播。2．15A03A1—5A06Al合金焊接试验试验中外管材料选用5A03A1，内棒选用5A06A1；材料均为退火状态，其中外管的尺寸为西l6mmxlmm