Explorer le soudage par impulsions magnétiques : Avantages, applications et techniques

Découvrez les principes et les avantages du soudage par impulsion magnétique (MPW), une méthode de pointe pour assembler des matériaux différents. Apprenez-en plus sur l'équipement, les paramètres du processus et les applications dans les secteurs de l'automobile, de l'électronique et autres.

Exploration du soudage par impulsions magnétiques : Assembler des matériaux dissemblables à grande vitesse

L'article commence par une introduction qui souligne l'importance du soudage par impulsions magnétiques (MPW) pour l'assemblage de matériaux dissemblables. Ensuite, la section sur le processus de soudage par impulsions magnétiques détaille les principes qui sous-tendent le soudage par impulsions magnétiques, l'équipement utilisé, les paramètres clés du processus qui influencent la qualité de l'assemblage et l'efficacité de la soudure. soudage par friction-malaxageet les avantages qu'il offre par rapport aux méthodes traditionnelles. Le chapitre suivant, intitulé "Assemblage de matériaux dissemblables par MPW", traite des différences entre le soudage de matériaux similaires et dissemblables, présente des études sur diverses combinaisons de matériaux et examine la structure et les propriétés des interfaces qui en résultent.

Dans la section Caractérisation et modélisation des MPW, l'accent est mis sur les techniques de caractérisation microstructurelle, les méthodes d'essais électriques et mécaniques et les approches de modélisation numérique afin de mieux comprendre le processus MPW. La section Applications des MPW met l'accent sur leur utilisation dans les domaines suivants automobile des composants, l'assemblage de structures tubulaires et d'autres applications modernes.

Le soudage par impulsion magnétique (MPW) est un procédé de soudage à l'état solide qui permet d'assembler des matériaux différents. En utilisant des puissances électromagnétiques à grande vitesse, le MPW réalise une liaison métallurgique entre les complices d'assemblage par une déformation plastique extrême à l'interface. L'apport d'intensité étant immatériel au cours du processus, les imperfections provoquées par la chaleur, par exemple la formation intermétallique, sont généralement évitées.

Néanmoins, bien qu'elle soit connue depuis les années 1960, l'adoption moderne de la MPW reste modérément faible. Cela s'explique en partie par un manque de compréhension de la relation entre les paramètres du processus et la formation de la soudure. Les techniques de caractérisation, notamment la microscopie, les essais mécaniques et la simulation, ont permis d'acquérir des connaissances importantes. Cependant, les interactions complexes entre les particularités électromagnétiques, thermomécaniques et matérielles rendent les essais MPW difficiles à rationaliser.

Cet article vise à compléter l'application de la MPW par le biais d'un vaste audit d'écriture. Un aperçu des principes et de l'équipement du MPW est d'abord donné. Les découvertes clés sur l'impact des paramètres du processus et la caractérisation des interfaces résultantes sont ensuite abordées. L'article se termine par un examen des applications du MPW, avec les portes ouvertes et les difficultés qui subsistent. Il est essentiel de faire progresser la compréhension logique du MPW pour pouvoir l'utiliser dans l'assemblage à grande vitesse de matériaux dissemblables.

Procédé de soudage par impulsions magnétiques

Cette section donne un aperçu du procédé de soudage par impulsion magnétique, y compris les principes, l'équipement, les paramètres du procédé et les avantages par rapport à d'autres procédés de soudage par impulsion magnétique. soudage par faisceau d'électrons processus.

Principes du soudage par impulsions magnétiques

Le soudage par impulsion magnétique utilise des puissances électromagnétiques pour assembler des matériaux par collision rapide. Une boucle est chargée par une batterie de condensateurs, ce qui produit un champ magnétique. Cela provoque des flux tourbillonnaires dans une pièce conductrice située à proximité, créant ainsi un champ magnétique secondaire. Les champs de connexion appliquent des forces de Lorentz à la pièce, l'éloignant ainsi de la boucle. En cas de collision avec une autre pièce, une déformation plastique importante et un verrouillage mécanique peuvent créer une liaison métallurgique en quelques microsecondes.

Équipement de soudage par impulsions magnétiques

L'équipement MPW ordinaire comprend une source d'énergie, une batterie de condensateurs pour stocker une énergie électrique élevée, une boucle de travail et un générateur d'impulsions électromagnétiques. La batterie de condensateurs se charge puis se libère à travers la boucle, produisant un courant pulsé. Cela provoque des flux tourbillonnaires dans les matériaux conducteurs adjacents, comme la pièce de travail du flyer. La boucle peut avoir différentes formes, comme un solénoïde, une plaque ou des plans multitours, qui conviennent à diverses applications. Des façonneurs de champ supplémentaires sont parfois utilisés pour coordonner le mouvement magnétique.

Influencer les paramètres du processus

Les principaux paramètres flexibles qui influencent le MPW sont la tension et l'énergie de charge du condensateur, le calcul de la courbure, la récurrence du courant de décharge, le trou entre les pièces, les dimensions de la pièce volante et la conductivité. Une tension et une énergie de charge plus élevées confèrent une énergie active plus importante, tandis qu'une récurrence plus faible favorise la formation de courants tourbillonnaires. Des trous plus modestes augmentent la vitesse d'influence.

Avantages du soudage par impulsion magnétique

En tant que procédé à l'état solide réalisé à température ambiante, le MPW évite les problèmes tels que les zones d'impact d'intensité et permet d'assembler des matériaux dissemblables difficiles à souder par fusion. Aucun métal d'apport ou air de défense n'est nécessaire, ce qui accroît l'efficacité des actifs et réduit les émissions. Le MPW est également adapté à la production mécanisée et rapide.

Assemblage de matériaux dissemblables avec MPW

Soudage similaire et dissimilaire avec MPW

Le MPW convient à l'assemblage de matériaux dissemblables parce qu'il travaille à l'état solide. Le soudage par fusion pose des problèmes lorsqu'il s'agit d'assembler des matériaux ayant des points de ramollissement différents, car l'apport d'intensité entraîne d'abord la dissolution du matériau au point de liquéfaction le plus bas. Il en résulte des problèmes tels que des ruptures de solidification et une formation intermétallique fragile au niveau du joint. En revanche, l'apport d'intensité immatérielle dans le MPW évite ces problèmes.

Études sur les combinaisons de matériaux dissemblables

La recherche a exploré différentes combinaisons dissemblables avec le MPW. L'argent a été soudé au cuivre, et l'aluminium à l'acier, au magnésium et au nickel. Des joints cuivre-acier dissemblables ont également été réalisés. Le MPW permet d'obtenir une liaison métallurgique entre des structures métalliques dissemblables en provoquant une déformation plastique importante à l'interface lors d'une collision rapide.

Structure et propriétés de l'interface

L'interface MPWed prend généralement une morphologie ondulée en raison des impacts de l'instabilité interfaciale comme les ondes de Kelvin-Helmholtz. Lors de l'assemblage de matériaux dont les points de liquéfaction sont fondamentalement uniques, une dissolution limitée à l'interface pendant la collision peut provoquer la formation d'intermétalliques. Des stades tels que les intermétalliques Cu-Al et Al-Mg ont été observés aux interfaces. En renforçant le joint, les intermétalliques fragiles et exorbitants corrompent les propriétés.

Caractérisation et modélisation des MPW

Cette section traite des procédures clés permettant de décrire les joints MPW d'un point de vue microstructurel et d'évaluer les propriétés mécaniques et électriques. Les travaux de modélisation antérieurs appliquant diverses techniques pour imiter le couplage électromagnétique sous-jacent et l'évolution de l'interface pendant le soudage ont également été résumés. La section suivante se penchera sur les applications modernes permises par les MPW.

Caractérisation microstructurale

L'étude de la microstructure est essentielle pour comprendre les interfaces des joints MPW. Les méthodes utilisées comprennent la microscopie optique, le MEB, la MET et la microscopie à faisceau X 3D. Le SEM/TEM combiné à l'EDS/EPMA décompose exactement les compositions d'interface et identifie intermétallique étapes. Des essais de dureté miniatures sur les interfaces permettent d'évaluer les variations de résistance.

Essais électriques et mécaniques

La résistivité électrique des joints est estimée à l'aide de stratégies à quatre essais ou Kelvin pour évaluer la qualité des joints. La rigidité des exemples de cisaillement à recouvrement ou d'aboutage est évaluée mécaniquement. Les profils de dureté des soudures permettent de supposer que les variations de déformation sont activées. Des méthodes non désastreuses telles que la radiographie permettent d'examiner le calcul et l'inadéquation des joints.

Modélisation numérique du processus MPW

La création de modèles de processus facilite la compréhension. L'étude électromagnétique utilisant les équations de Maxwell et l'étude de la mécanique forte utilisant les modèles constitutifs des matériaux sont couplées. Les stratégies lagrangiennes, Lager, SPH et eulériennes imitent l'évolution de l'interface. Les modèles couplés sous-jacents chauds prévoient les champs de température. Les connaissances des limites du processus sont évaluées. Les particularités de l'interface telles que la déformation plastique, le ruissellement, la formation de vides sont imitées.

Applications de la MPW

Applications automobiles

MPW permet de rejoindre les poids légers aluminium/Les composants en magnésium sont remplacés par des composants en acier dans les véhicules. Les articulations comprennent les arbres de transmission, les charnières de commande, les sections et les logements. Les pièces de carrosserie sont soudées pour réduire le poids. MPW assemble même des espaces sur mesure impliquant de l'acier, de l'aluminium et du magnésium.

Assemblage de structures tubulaires

MPW crée des assemblages tubulaires fondamentalement basiques dans les cadres d'échappement, le refroidissement et les échangeurs d'intensité. Les calculs complexes de cylindres courbés et imprévisibles pour les unités d'énergie sont compris. Les équipements cliniques et sportifs à parois minces dépendent de MPW.

Autres applications

D'autres domaines modernes utilisant les MPW comprennent les dissipateurs de chaleur dans les électroniqueLes applications spécifiques comprennent les composites à treillis métallique et l'assemblage des superalliages examinés. Les applications spécifiques comprennent les composites à réseau métallique et l'assemblage de superalliages révisés. MPW fabrique des boucles électromagnétiques ainsi que des pièces atomiques et aéronautiques.

Conclusion

Le soudage par impulsion magnétique est une stratégie prometteuse de soudage à l'état solide qui offre de nombreux avantages par rapport aux procédés traditionnels de soudage par fusion. En utilisant des puissances électromagnétiques rapides, le MPW peut assembler des matériaux dissemblables par une déformation plastique extrême à l'interface sans dégager de chaleur. Par conséquent, le MPW évite les problèmes tels que les zones impactées par l'intensité et la formation intermétallique fragile qui affectent souvent le soudage par fusion de métaux dissemblables.

Quoi qu'il en soit, bien que le MPW existe depuis les années 1960, son adoption moderne reste limitée en raison de la complexité du processus. Les efforts d'examen critique ont permis de mieux comprendre les relations entre les paramètres et la formation de la soudure grâce à la microscopie, aux essais et à la simulation. Par ailleurs, les couplages électromagnétiques et thermomécaniques permettent de rationaliser complètement la conduite des essais de MPW. La poursuite des travaux devrait permettre de définir des fenêtres de processus solides pour différentes combinaisons de matériaux et d'applications.

Cet audit a donné un aperçu des principes du MPW, des configurations d'équipement et des découvertes clés sur les paramètres et la caractérisation de l'interface. Un examen des applications démontre le potentiel dans des domaines tels que l'automobile et l'électronique. Cependant, l'utilisation commerciale reste une spécialité, un examen logique continu permet de renforcer plus facilement l'utilité du MPW dans l'assemblage à grande vitesse de matériaux dissemblables. Avec la tournure que prendront les événements, le MPW montre une forte garantie de travailler avec des plans de pointe par le biais d'un assemblage léger de multimatériaux.

FAQ

Q : Qu'est-ce que le soudage par impulsion magnétique ?

R : Le soudage par impulsion magnétique est un procédé de soudage à l'état solide qui utilise des puissances électromagnétiques pour assembler des matériaux à grande vitesse par déformation plastique à l'interface de collision.

Q : Comment fonctionne le soudage par impulsion magnétique ?

R : Dans le cas du MPW, un courant à haute récurrence traverse une boucle, produisant un champ magnétique. Cela provoque des flux tourbillonnaires dans les matériaux conducteurs voisins, créant une force de répulsion qui accélère la collision rapide d'un matériau avec un autre. Cet effet produit une liaison métallurgique.

Q : Quels sont les avantages du soudage par impulsion magnétique ?

R : Les avantages comprennent un processus à l'état solide, un apport d'intensité sans importance, la capacité de souder des métaux dissemblables, des imperfections négligeables comme les intermétalliques, et la possibilité d'une production mécanisée rapide. En outre, il n'utilise pas de métaux d'apport ni de gaz de protection.

Q : Quels matériaux peuvent être assemblés en utilisant le soudage par impulsion magnétique ?

R : MPW a démontré qu'il était possible de souder de nombreux systèmes différents dans des combinaisons similaires et dissemblables, allant de l'aluminium/cuivre à l'aluminium/acier, en passant par les limites du cuivre et du verre métallique à base de zirconium. Dans une application, le procédé est particulièrement utile pour assembler des métaux légers avec leurs équivalents traditionnels.

Q : Quelles sont les applications du soudage par impulsion magnétique ?

R : Les applications comprennent les composants automobiles, l'électronique, la fabrication de batteries, les composants aéronautiques, les applications atomiques, l'outillage, etc. L'exploration continue permet d'élargir encore son utilisation moderne.