Het verkennen van magnetisch pulslassen: Voordelen, toepassingen en technieken

Ontdek de principes en voordelen van magnetisch pulslassen (MPW), een geavanceerde methode voor het verbinden van ongelijke materialen. Leer meer over de apparatuur, procesparameters en toepassingen in de auto-industrie, elektronica en nog veel meer.

Het verkennen van magnetisch pulslassen: Het verbinden van ongelijksoortige materialen bij hoge snelheden

Het artikel begint met een inleiding die het belang van magnetisch pulslassen (MPW) bij het verbinden van ongelijke materialen schetst. Hierna worden in het gedeelte over het Magneetpulslassen de principes achter MPW, de gebruikte apparatuur, de belangrijkste procesparameters die van invloed zijn op wrijvingsroerlassenen de voordelen die het biedt ten opzichte van traditionele methoden. Het volgende hoofdstuk, Het verbinden van ongelijksoortige materialen met MPW, bespreekt de verschillen tussen gelijksoortig en ongelijksoortig lassen, presenteert onderzoeken naar verschillende materiaalcombinaties en onderzoekt de structuur en eigenschappen van de resulterende interfaces.

In het hoofdstuk Karakterisering en modellering van MPW verschuift de aandacht naar microstructurele karakteriseringstechnieken, elektrische en mechanische testmethoden en numerieke modelbenaderingen om het MPW-proces beter te begrijpen. Het gedeelte Toepassingen van MPW belicht het gebruik ervan in automobiel onderdelen, het verbinden van buisvormige structuren en andere moderne toepassingen.

Magnetisch pulslassen (MPW) is een sterk lasproces dat buitengewoon geschikt is voor het verbinden van ongelijke materialen. Door gebruik te maken van elektromagnetische krachten met hoge snelheid, bewerkstelligt MPW een metallurgische verbinding tussen verbindingspartners door middel van extreme plastische vervorming op het grensvlak. Aangezien de intensiteitsinbreng tijdens het proces niet materieel is, worden door warmte veroorzaakte onvolkomenheden, zoals intermetallische vorming, over het algemeen vermeden.

Ondanks het feit dat MPW al sinds de jaren 1960 bekend is, wordt het tegenwoordig nog maar matig toegepast. Dit komt enigszins door een gebrek aan inzicht in de relatie tussen procesparameters en lasvorming. Karakteriseringstechnieken zoals microscopie, mechanische testen en simulatie hebben belangrijke kennis opgeleverd. De ingewikkelde interacties tussen elektromagnetische, thermomechanische en materiaalkarakteristieken maken het testen van MPW echter moeilijk te stroomlijnen.

Dit artikel wil de toepassing van MPW aanvullen door middel van een brede schrijfcontrole. Eerst wordt een overzicht gegeven van MPW-principes en -apparatuur. Vervolgens worden belangrijke ontdekkingen over de invloed van procesparameters en de karakterisering van resulterende interfaces besproken. Het artikel wordt afgesloten met een overzicht van MPW-toepassingen, met open deuren en resterende moeilijkheden. Het bevorderen van het logische begrip van MPW is van vitaal belang om het waarschijnlijk te maken bij het met hoge snelheid verbinden van ongelijke materialen.

Magnetisch pulslasproces

Dit hoofdstuk geeft een overzicht van het magnetische pulslasproces, inclusief de principes, apparatuur, procesparameters en voordelen in vergelijking met andere lasprocessen. elektronenbundellassen processen.

Principes van magnetisch pulslassen

Magnetisch pulslassen maakt gebruik van elektromagnetische krachten om materialen met elkaar te verbinden door middel van snelle botsingen. Een lus wordt opgeladen door een condensatorbank, waardoor een magnetisch veld ontstaat. Dit veroorzaakt draaikolkstromen in een geleidend werkstuk dichtbij, waardoor een secundair magnetisch veld ontstaat. De verbindingsvelden oefenen Lorentzkrachten uit op het werkstuk, waardoor het van de lus weg versnelt. Bij een botsing met een ander werkstuk kunnen ernstige plastische vervorming en mechanische vergrendeling binnen microseconden voor een metallurgische verbinding zorgen.

Magnetische Puls Lasapparatuur

Gewone MPW-apparatuur bestaat uit een stroombron, een condensatorbank voor het opslaan van hoge elektrische energie, een werkende krul en een elektromagnetische pulsgenerator. De condensatorbank laadt op en laat dan los door de krul, waardoor een gepulseerde stroom ontstaat. Dit veroorzaakt vortexstromen in aangrenzende geleidende materialen zoals het flyer-werkstuk. De krul kan verschillende vormen hebben, zoals een solenoïde, plaat of multi-turn plan, geschikt voor verschillende toepassingen. Af en toe worden extra veldvormers gebruikt om de magnetische beweging te coördineren.

Procesparameters beïnvloeden

De belangrijkste flexibele parameters die van invloed zijn op MPW zijn onder andere het laadvoltage en de laadenergie van de condensator, de berekening van de krul, de herhaling van de afgiftestroom, het gat tussen de werkstukken, de afmetingen van het vliegerwerkstuk en de geleidbaarheid. Een hogere laadspanning en -energie leveren meer opmerkelijke actieve energie, terwijl een lagere herhaling de vorming van wervelstromen verder ontwikkelt. Bescheidener gaten verhogen de invloedssnelheid.

Voordelen van magnetisch pulslassen

Omdat MPW een sterk proces is dat bij kamertemperatuur wordt uitgevoerd, worden problemen zoals zones die door de intensiteit worden beïnvloed vermeden en kunnen ongelijksoortige materialen die moeilijk te lassen zijn door middel van smelting met elkaar worden verbonden. Er zijn geen toevoegmaterialen of defensielucht nodig, waardoor de effectiviteit van het product verder toeneemt en de uitstoot afneemt. MPW is ook geschikt voor gemechaniseerde, snelle productie.

Verbinden van ongelijksoortige materialen met MPW

Gelijksoortig vs. Ongelijksoortig lassen met MPW

MPW is geschikt voor het verbinden van ongelijksoortige materialen vanwege het werken in de sterke toestand. Smeltlassen levert problemen op bij het verbinden van materialen met verschillende verwekingspunten, omdat de intensiteitsinbreng ervoor zorgt dat het materiaal met het lagere vloeipunt het eerst oplost. Dit resulteert in problemen zoals stollingsonderbrekingen en fragiele intermetallische vorming bij de verbinding. De immateriële intensiteitsinvoer in MPW voorkomt deze problemen daarentegen.

Studies naar combinaties van ongelijksoortige materialen

Onderzoek heeft verschillende ongelijke combinaties met MPW onderzocht. Er is zilver aan koper gelast en aluminium aan staal, magnesium en nikkel. Er zijn ook ongelijke koper-staalverbindingen gemaakt. MPW bewerkstelligt metallurgische hechting tussen ongelijke metalen frames door ernstige plastische vervorming op het grensvlak tijdens snelle botsingen.

Structuur en eigenschappen van de interface

De MPWed-interface neemt in de regel een golvende morfologie aan door interfaciale onbestendigheidseffecten zoals Kelvin-Helmholtz-golven. Tijdens het verbinden van materialen met fundamenteel unieke vloeibaarheidsfocus, kan beperkte ontbinding bij de interface tijdens de botsing leiden tot intermetallische vorming. Fasen zoals Cu-Al en Al-Mg intermetalliek zijn gezien bij interfaces. Terwijl ze de verbinding versterken, corrumperen exorbitante fragiele intermetallische materialen de eigenschappen.

Karakterisering en modellering van MPW

In dit gedeelte werden de belangrijkste procedures besproken om MPW-verbindingen microstructureel te beschrijven en de mechanisch-elektrische eigenschappen te evalueren. Eerdere modelleerwerkzaamheden waarbij verschillende technieken werden toegepast om elektromagnetische onderliggende koppeling en interface-evolutie tijdens het lassen na te bootsen, werden eveneens samengevat. In het volgende hoofdstuk worden moderne toepassingen van MPW onderzocht.

Microstructurele karakterisering

Microstructureel onderzoek is van vitaal belang om de interfaces van MPW-verbindingen te begrijpen. De methoden omvatten optische microscopie, SEM, TEM en 3D X-beam microscopie. SEM/TEM in combinatie met EDS/EPMA ontleedt precies de interfacesamenstellingen en identificeert intermetallisch podia. Door miniatuurhardheidstests uit te voeren op interfaces wordt de variatie in sterkte beoordeeld.

Elektrische en mechanische testen

De elektrische weerstand van verbindingen wordt geschat met behulp van viertest- of Kelvin-strategieën om de kwaliteit van de verbinding te beoordelen. De stijfheid van overlap- of stuiklassen wordt mechanisch beoordeeld. Hardheidsprofielen over lassen heen suggereren spanningsvariaties. Niet-schadelijke methoden zoals radiografie bekijken de berekening en ontoereikendheid van verbindingen.

Numerieke modellering van MPW-proces

Het creëren van procesmodellen helpt bij het begrijpen. Elektromagnetisch onderzoek met behulp van de vergelijkingen van Maxwell en sterke mechanica onderzoek met behulp van constitutieve materiaalmodellen worden gekoppeld. Lagrangiaanse, Lager, SPH en Euleriaanse strategieën bootsen interface-evolutie na. Warme onderliggende gekoppelde modellen voorzien temperatuurvelden. Procesgrensbewustzijn wordt geëvalueerd. Eigenaardigheden van de interface zoals plastische vervorming, stroming en holtevorming worden nagebootst.

Toepassingen van MPW

Autotoepassingen

MPW geeft de mogelijkheid om lichtgewicht mee te doen aluminium/magnesium onderdelen aan staal in voertuigen. Verbindingen omvatten aandrijfassen, fusees, profielen en verbindingsstukken. Carrosseriedelen worden gelast om het gewicht te verminderen. MPW last zelfs op maat gemaakte ruimtes van staal/aluminium/magnesium.

Buisvormige structuurverbinding

MPW creëert fundamentele buisvormige verzamelingen in uitlaatframes, koeling en intensiteitswisselaars. Complexe gebogen en onvoorspelbare cilinderberekeningen voor energie-eenheden worden begrepen. Dunwandige klinische en atletische apparatuur is afhankelijk van MPW.

Andere toepassingen

Andere moderne gebieden waar MPW wordt gebruikt zijn koellichamen in elektronicabatterijverbindingen, fotovoltaïsche cellen, micro-elektronica, sensoren en MEMS. Specifieke toepassingen omvatten metaal-rooster composieten en het verbinden van gereviseerde superlegeringen. MPW maakt elektromagnetische krullen en atoom- en luchtvaartonderdelen.

Conclusie

Magnetisch pulslassen is een veelbelovende lasstrategie die veel voordelen biedt ten opzichte van traditionele smeltlasprocessen. Door gebruik te maken van snelle elektromagnetische krachten kan MPW ongelijke materialen met elkaar verbinden door middel van extreme plastische vervorming op het grensvlak zonder warmteontwikkeling. Vervolgens voorkomt MPW problemen zoals zones met een hoge intensiteit en fragiele intermetallische vorming die vaak voorkomen bij het smeltlassen van ongelijksoortige metalen.

Hoewel MPW al sinds de jaren 1960 bestaat, blijft de moderne toepassing ervan beperkt vanwege de complexiteit van het proces. Kritisch onderzoek heeft geleid tot een beter begrip van de relaties tussen parameters en lasvorming door middel van microscopie, testen en simulatie. Door elektromagneto-thermomechanische koppelingen kunnen MPW-tests volledig gestroomlijnd worden. Er wordt nog meer werk verwacht om krachtige procesvensters voor verschillende materiaalcombinaties en toepassingen vast te stellen.

Deze controle heeft een overzicht gegeven van MPW-principes, apparatuurconfiguraties en belangrijke ontdekkingen over parameters en interfacekarakterisering. Een overzicht van toepassingen toont het potentieel aan in verschillende sectoren, zoals auto's en elektronica. Maar zakelijk gebruik blijft een specialiteit, voortgaand logisch onderzoek betekent dat het nut van MPW in het met hoge snelheid verbinden van ongelijksoortige materialen beter tot zijn recht komt. Met verdere ontwikkelingen toont MPW een sterke garantie om te werken met geavanceerde plannen door lichtgewicht samenvoeging van multimaterialen.

FAQs

V: Wat is magnetisch pulslassen?

A: Magnetisch pulslassen is een lasproces in sterke toestand dat gebruikmaakt van elektromagnetische krachten om materialen met hoge snelheden aan elkaar te verbinden door middel van plastische vervorming bij het botsingsvlak.

V: Hoe werkt magnetisch pulslassen?

Antwoord: In MPW wordt een hoogfrequente stroom door een krul geleid, waardoor een magnetisch veld ontstaat. Dit veroorzaakt wervelstromen in naburige geleidende materialen, waardoor een afstotende kracht ontstaat die het ene materiaal versnelt tot een snelle botsing met het andere. Het effect produceert een metallurgische verbinding.

V: Wat zijn de voordelen van magnetisch pulslassen?

A: Voordelen zijn onder andere een sterk staatsproces, onbelangrijke intensiteitsinvoer, de mogelijkheid om ongelijksoortige metalen te lassen, verwaarloosbare onvolkomenheden zoals intermetallische deeltjes, en de mogelijkheid voor gemechaniseerde snelle productie. Bovendien worden er geen toevoegmaterialen of beschermende gassen gebruikt.

V: Welke materialen kunnen met magnetisch pulslassen worden samengevoegd?

A: MPW heeft het lassen van veel verschillende systemen in zowel gelijksoortige als ongelijksoortige combinaties gedemonstreerd, van aluminium/koper, aluminium/staal en helemaal tot aan de grenzen van koper tot op zirkonium gebaseerd metaalglas. In één toepassing is het proces vooral waardevol bij het verbinden van lichtgewicht metalen met hun traditionele tegenhangers.

V: Welke toepassingen heeft magnetisch pulslassen?

A: Toepassingen zijn onder andere auto-onderdelen, elektronica, batterijproductie, vliegtuigonderdelen, atoomtoepassingen, gereedschap en nog veel meer. Voortdurend onderzoek breidt het moderne gebruik ervan verder uit.