电磁脉冲焊接技术在工业上的运用

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1、NewTechnology/product新技术新产品电磁脉冲技术（EMPT）在工业领域的应用德国PSTGmbH公司RalphSchafer博士PabloPasquale博士StephanKallee博士北【摘要】电磁脉冲技术（EMPT）可以在不相互接触的情况下对金属进行连接、焊接、成形和切割。京·EMPT运用电磁感应圈，从一个脉冲发生器中产生出短暂而非常强的电流。感应圈产生出的电磁场，可以埃森焊接展专刊瞬间压缩或者膨胀而改变管材的直径。由于管材表面可以短暂带涡电流，因而此技术同样可以处理没有磁性的金属，如铝

2、。此文主要阐述EMPT技术的运用范围、适用机械制造及经济性。1.电磁脉冲技术（EMPT）的原理的惯性，成形过程滞后于压力上升过程。图2显示了5个当通有电流的导体置于磁场中，该导体将受到力时间点的成形过程。的作用，这种电流与磁场相互作用而产生的力称为洛仑兹力（Lorentzforce）。另外，电流本身也产生电磁场。因此，当电流以不同的方向运动时，两个平行的带电导体会相互排斥，见图1。流电化一归时间/ms图1金属管材插入电磁线圈中图1中显示电磁线圈中电流、涡电流、洛伦兹力，图2管材插入后，管边缘的有限元分析磁压力

3、上升时，几微秒之后管材材料才开始发生左图显示为交流电的半正波。变形。当管内压力超过材料的屈服强度，管材直径开始如果将管材插入一个电磁线圈中，管材和电磁线变小。随着此过程继续，管材直径变小的速度显著加圈均可被看成是导体。当给电磁线圈通上交流电时，管快，最终形成需要的几何形状。材表面会产生涡电流，并根据楞次定律向着电磁线圈方向移动。因此，管材受到一个向内的径向力作用。如果2.EMPT机器电磁圈电流改变方向，管材表面的涡电流同样改变。因EMPT系统主要由三个部分组成：脉冲发生器、线此，电磁线圈电流和管材所带电流保持

4、与磁力相反的方圈、成形腔。向，磁力在微秒内呈放射状压缩管材。然而，由于管材（1）脉冲发生器金属变形的磁性压力范围为热加工2010增刊147www.metalworking1950.com新技术新产品NewTechnology/product2100N/mm。产生这个压力，需要100～1000kA的脉冲3.工作步骤电流。所需的能量被储存在一个由电容器组、充电单元操作步骤如下：和大电流开关组成的脉冲发生器中。此脉冲发生器和（1）将工件安放在线圈内。EMPT线圈组成了一个共振回路，即电容器组中储存的（2）将大电流开

5、关保持断开，充电单元给电容组22能量E=CU/2被转化成线圈所带的磁力E=LI/2。充电（见图4）。（2）线圈和成形腔线圈和成形腔是用来将磁力集中到导体工件上。线圈是由一道或几道传导性很高充电开关的材料绕组组成，通常是特殊的铜或者铝合金（见图绕圈强电流开关3）。根据所需要传导的电流大小不同，线圈的横截面2积通常为10～100mm。北京·埃森焊接展专刊电容图4脉冲发生器和线圈作用原理（3）通常在8s内到达充电电压，充电开关断开，而线圈回路的强电流开关闭合，释放电容组储存的能量，为线圈回路和电容回路提供正弦式交流

6、电。26（4）几个回合之后，交流电流值减弱为零，在交51流电第一个半波内，管件压缩形成其最终的形状（见图435）。图3多圈缠绕的线圈的截面图1.线圈座2.成形腔3.绝缘体4.线圈架5.圈式绕组6.塑料层成形腔的横截面至少有一个放射状槽口，而且与工件和线圈绝缘。线圈长度和成形腔外径上的长度保持/A流电一致，且线圈与成形腔之间的间隙越小越好。在电脉冲进行传导时，带电线圈会使成形腔表面带上涡电流，涡电流通过成形腔表面的放射状槽口流入内壁。成形腔的内径即为工件的外径，而内孔的长度通时间/ms常比线圈短，因此电流更集中

7、。由此产生两个结果：磁图5典型放电电流的波形力线集中在成形腔缩口的背面上，多层线圈产生的不均工业上使用的EMPT系统通常的放电频率为6～匀磁场会聚于缩口端部。30kHz。PST公司所生产的EMPT系统具有如下特点：成形腔使线圈产生的磁力可比作用到工件上的压放电电流高，放电频率高，周期短，工艺程序监控和数力小。与线圈直接作用相比，可以显著延长线圈的使用字化控制。定期在约每50万次时维护强电流开关，可使寿命，因此，大大提高了效率，减少了成本损耗。PST电容组的使用寿命超过200万次脉冲。根据不同型号，公司利用数字

8、技术改进了所生产的线圈，其平均使用寿在10～16kV电压下，可产生100～2000kV放电电流。图命可达2000000次脉冲。6是PST生产的PS45EMPT脉冲发生器，它被应用在一仅需一个标准线圈和合适的成形腔，就可以在极短个德国一流的汽车生产工厂里。的时间内毫不费力的加工各种直径和形状的工件。2minPST产品一个显著的特点是其100%的程序控制系之内就可以非常方便的更换成形腔。在一些特定的系统