Explorando la soldadura por impulsos magnéticos: Ventajas, aplicaciones y técnicas

Descubra los principios y ventajas de la soldadura por impulsos magnéticos (MPW), un método de vanguardia para unir materiales distintos. Conozca su equipamiento, los parámetros del proceso y sus aplicaciones en automoción, electrónica, etc.

Explorando la soldadura por impulsos magnéticos: Uniendo Materiales Disímiles a Altas Velocidades

El artículo comienza con una Introducción en la que se expone la importancia de la soldadura por impulsos magnéticos (MPW) en la unión de materiales distintos. A continuación, la sección Proceso de soldadura por impulsos magnéticos detalla los principios en los que se basa la MPW, el equipo utilizado, los parámetros clave del proceso que influyen en soldadura por friccióny las ventajas que ofrece sobre los métodos tradicionales. En la siguiente sección, Unión de materiales disímiles con MPW, se analizan las diferencias entre soldadura similar y disímil, se presentan estudios sobre diversas combinaciones de materiales y se examinan la estructura y las propiedades de las interfaces resultantes.

En la sección Caracterización y modelización de la MPW, la atención se centra en las técnicas de caracterización microestructural, los métodos de ensayo eléctrico y mecánico y los enfoques de modelización numérica para comprender mejor el proceso de MPW. La sección Aplicaciones de la MPW destaca su uso en automoción componentes, unión de estructuras tubulares y otras aplicaciones modernas.

La soldadura por impulsos magnéticos (MPW) es un proceso de soldadura de estado fuerte que tiene un compromiso extraordinario en la unión de materiales disímiles. Al utilizar potencias electromagnéticas de alta velocidad, la MPW logra la unión metalúrgica entre los cómplices de unión mediante una deformación plástica extrema en la interfaz. Como la entrada de intensidad es inmaterial durante el proceso, las imperfecciones iniciadas por el calor, por ejemplo, la formación intermetálica, se mantienen generalmente alejadas.

No obstante, a pesar de ser conocida desde los años 60, la adopción moderna de la MPW sigue siendo moderadamente baja. Esto se debe en cierto modo a la ausencia de comprensión en torno a la relación entre los parámetros del proceso y la formación de la soldadura. Las técnicas de caracterización, como la microscopía, las pruebas mecánicas y la simulación, han aportado conocimientos importantes. Sin embargo, las intrincadas interacciones entre las peculiaridades electromagnéticas, termomecánicas y de los materiales hacen que las pruebas de MPW sean difíciles de racionalizar.

Este artículo pretende complementar la aplicación del MPW mediante una amplia auditoría de la escritura. En primer lugar, se ofrece un esbozo de los principios y el equipo de MPW. A continuación, se habla de los descubrimientos clave sobre el impacto de los parámetros del proceso y la caracterización de las interfaces resultantes. El artículo concluye con una revisión de las aplicaciones de la MPW, destacando las puertas abiertas y las dificultades pendientes. Impulsar la comprensión lógica de la MPW es vital para potenciar su verosimilitud en la unión a alta velocidad de materiales disímiles.

Proceso de soldadura por impulsos magnéticos

Esta sección ofrecerá un esbozo del proceso de soldadura por impulsos magnéticos incluyendo los principios, el equipo, los parámetros del proceso y las ventajas contrastadas con otras soldadura por haz de electrones procesos.

Principios de la soldadura por impulsos magnéticos

La soldadura por impulsos magnéticos utiliza potencias electromagnéticas para unir materiales mediante una colisión rápida. Un bucle es cargado por una batería de condensadores, produciendo un campo magnético. Esto provoca remolinos en una pieza de trabajo conductora cercana, creando un campo magnético secundario. Los campos de conexión aplican potencias de Lorentz sobre la pieza de trabajo, acelerándola lejos del bucle. Al colisionar con otra pieza de trabajo, la grave deformación plástica y el enclavamiento mecánico pueden producir una unión metalúrgica en microsegundos.

Equipos de soldadura por impulsos magnéticos

Los equipos MPW normales incorporan una fuente de alimentación, una batería de condensadores para guardar la alta energía eléctrica, un rizo de trabajo y un generador de impulsos electromagnéticos. La batería de condensadores se carga y luego se libera a través del rizo, produciendo una corriente pulsada. Esto provoca flujos de vórtice en los materiales conductores adyacentes, como la pieza de trabajo volante. El rizo puede tener diferentes formas como solenoide, placa o planos multivuelta apropiados para diversas aplicaciones. De vez en cuando se utilizan conformadores de campo adicionales para coordinar el movimiento magnético.

Parámetros del proceso que influyen

Los parámetros flexibles clave que influyen en la MPW incorporan la tensión y la energía de carga del condensador, el cálculo del rizado, la recurrencia de la corriente de liberación, el hueco entre las piezas, las dimensiones de la pieza volante y la conductividad. Una tensión y energía de carga más elevadas otorgan una energía activa más notable, mientras que una recurrencia más baja desarrolla aún más la formación de corriente de remolino. Los agujeros más modestos aumentan la velocidad de influencia.

Ventajas de la soldadura por impulsos magnéticos

Al ser un proceso de estado fuerte realizado a temperatura ambiente, el MPW elude problemas como las zonas de impacto de intensidad y permite unir materiales disímiles difíciles de soldar por fusión. No se requieren metales de aportación ni aires defensivos, lo que desarrolla aún más la eficacia de los activos y reduce las emisiones. El MPW es asimismo apropiado para la producción mecanizada y rápida

Unir materiales disímiles con MPW

Soldadura similar frente a disimilares con MPW

La MPW es adecuada para unir materiales disímiles porque se trabaja en estado fuerte. La soldadura por fusión presenta problemas al unir materiales con distintos puntos de reblandecimiento, ya que el aporte de intensidad provoca que se disuelva primero el material con el punto de licuefacción más bajo. Esto da lugar a problemas como roturas por solidificación y formación de intermetálicos frágiles en la unión. En cambio, la aportación de intensidad inmaterial en la MPW esquiva estos problemas.

Estudios sobre combinaciones de materiales disímiles

La investigación ha explorado diferentes combinaciones disímiles con MPW. Se ha soldado plata con cobre, y aluminio con acero, magnesio y níquel. También se han realizado uniones disímiles de cobre y acero. La MPW consigue la unión metalúrgica entre estructuras metálicas disímiles mediante una grave deformación plástica en la interfaz durante una colisión rápida.

Estructura y propiedades de la interfaz

La interfaz MPWed adopta por regla general una morfología ondulada debido a los impactos de inestabilidad interfacial como las ondas Kelvin-Helmholtz. Al unir materiales de focos de licuefacción fundamentalmente únicos, la disolución limitada en la interfaz durante la colisión puede instigar la formación de intermetálicos. En las interfaces se han observado estados como los intermetálicos Cu-Al y Al-Mg. Al reforzar la unión, los intermetálicos frágiles exorbitantes corrompen las propiedades.

Caracterización y modelización del MPW

En esta sección se habló de los procedimientos clave para describir microestructuralmente las uniones MPW, así como para evaluar las propiedades mecánico-eléctricas. Asimismo, se resumieron los trabajos anteriores de modelado aplicando diversas técnicas para imitar el acoplamiento electromagnético subyacente y la evolución de la interfaz durante la soldadura. En la siguiente sección se investigarán las aplicaciones modernas potenciadas por el MPW.

Caracterización microestructural

La investigación microestructural es vital para comprender las interfaces de las juntas MPW. Los métodos incorporan microscopía óptica, SEM, TEM y microscopía 3D de haz X. SEM/TEM combinados con EDS/EPMA desglosan con exactitud las composiciones de las interfaces e identifican intermetálico etapas. Las pruebas de dureza en miniatura a través de las interfaces evalúan la variación de la resistencia.

Pruebas eléctricas y mecánicas

La resistividad eléctrica de las uniones se estima utilizando estrategias de cuatro pruebas o Kelvin para evaluar la calidad de la unión. Las rigideces de los ejemplos de solapado o a tope se evalúan mecánicamente. Los perfiles de dureza a través de las soldaduras conjeturan variaciones de deformación actuadas. Métodos no desastrosos como la radiografía examinan el cálculo y la inadecuación de las juntas.

Modelización numérica del proceso MPW

La creación de modelos de procesos ayuda a la comprensión. La investigación electromagnética que utiliza las ecuaciones de Maxwell y el examen de la mecánica fuerte que utiliza los modelos constitutivos de los materiales están acoplados. Las estrategias lagrangiana, lager, SPH y euleriana imitan la evolución de la interfaz. Los modelos acoplados cálidos subyacentes prevén los campos de temperatura. Se evalúan las sensibilidades de los límites del proceso. Se imitan peculiaridades de la interfaz como la deformación plástica, el flujo y la formación de vacíos.

Aplicaciones del MPW

Aplicaciones para automóviles

MPW permite unirse con ligereza aluminio/componentes de magnesio al acero en los vehículos. Las uniones incorporan ejes de transmisión, nudillos de control, secciones y alojamientos. Las piezas de la carrocería se sueldan para reducir el peso. MPW incluso une espacios a medida que implican acero/aluminio/magnesio.

Unión de estructuras tubulares

MPW crea conjuntos tubulares fundamentalmente básicos en armazones de escape, refrigeración e intercambiadores de intensidad. Se comprenden complejos cálculos de cilindros curvados e impredecibles para unidades de energía. Los equipos clínicos y atléticos de paredes delgadas dependen de MPW.

Otras aplicaciones

Otras áreas modernas que utilizan MPW incluyen disipadores de calor en electrónica, conexiones de baterías, fotovoltaica, microelectrónica, sensores y MEMS. Las aplicaciones específicas incorporan los compuestos de red metálica y la unión de superaleaciones revisadas. MPW fabrica rizos electromagnéticos, así como piezas atómicas y de aviación.

Conclusión

La soldadura por impulsos magnéticos es una prometedora estrategia de soldadura en estado fuerte que ofrece muchas ventajas sobre los procesos tradicionales de soldadura por fusión. Al utilizar potencias electromagnéticas rápidas, la MPW puede unir materiales disímiles mediante una deformación plástica extrema en la interfaz sin presentar calor. Posteriormente, la MPW se mantiene alejada de problemas como las zonas impactadas por la intensidad y la frágil formación intermetálica que a menudo plagan la soldadura por fusión de metales disímiles.

En cualquier caso, aunque el MPW existe desde la década de 1960, su adopción moderna sigue siendo restringida debido a la complejidad del proceso. Los esfuerzos de examen crítico han ampliado la comprensión de las relaciones entre los parámetros y la formación de la soldadura a través de la microscopía, las pruebas y la simulación se acerca. Por cierto, los acoplamientos electromagnetotermomecánicos hacen que las pruebas de realización de MPW se agilicen por completo. Aún se espera seguir trabajando para establecer ventanas de proceso sólidas para diferentes combinaciones de materiales y aplicaciones.

Esta auditoría ha ofrecido un esbozo de los principios de la MPW, las configuraciones de los equipos y los descubrimientos clave sobre los parámetros y la caracterización de la interfaz. Una revisión de las aplicaciones demuestra el potencial en empresas como la automovilística y la electrónica. Sin embargo, el uso comercial sigue siendo la especialidad, la revisión lógica en curso significa potenciar más fácilmente la utilidad del MPW en la unión a alta velocidad de materiales disímiles. Con un giro adicional de los acontecimientos, la MPW muestra una fuerte garantía para trabajar con planes de vanguardia a través de la unión ligera de multimateriales.

Preguntas frecuentes

P: ¿Qué es la soldadura por impulsos magnéticos?

R: La soldadura por impulsos magnéticos es un proceso de soldadura en estado fuerte que utiliza potencias electromagnéticas para unir materiales a altos ritmos mediante la deformación plástica en la interfaz de colisión.

P: ¿Cómo funciona la soldadura por impulsos magnéticos?

R: En la MPW, una corriente de alta recurrencia atraviesa un rizo, produciendo un campo magnético. Esto provoca flujos arremolinados en los materiales conductores vecinos, creando una fuerza de repulsión que acelera a un material a chocar rápidamente con otro. El efecto produce una unión metalúrgica.

P: ¿Cuáles son las ventajas de la soldadura por impulsos magnéticos?

R: Sus ventajas incluyen un proceso en estado fuerte, un aporte de intensidad sin importancia, capacidad para soldar metales distintos, imperfecciones insignificantes como los intermetálicos y potencial para una producción rápida mecanizada. Además, no utiliza metales de aportación ni gases de protección.

P: ¿Qué materiales pueden unirse mediante la soldadura por impulsos magnéticos?

R: MPW ha demostrado la soldadura de muchos sistemas diferentes, tanto en combinaciones similares como disímiles, desde aluminio/cobre, aluminio/acero, y hasta los límites del cobre con el vidrio metálico a base de circonio. En una aplicación, el proceso es especialmente valioso para unir metales ligeros con sus homólogos tradicionales.

P: ¿Qué aplicaciones tiene la soldadura por impulsos magnéticos?

R: Las aplicaciones incluyen componentes de automóviles, electrónica, fabricación de baterías, componentes de aviación, aplicaciones atómicas, utillaje y mucho más. La exploración continua está ampliando aún más su moderna utilización.