Exploring Magnetic Pulse Welding (Explorando a soldagem por pulso magnético): Vantagens, aplicações e técnicas

Descubra os princípios e os benefícios da soldagem por pulso magnético (MPW), um método de ponta para unir materiais diferentes. Saiba mais sobre seus equipamentos, parâmetros de processo e aplicações nos setores automotivo, eletrônico e outros.

Explorando a soldagem por pulso magnético: Unindo materiais dissimilares em altas velocidades

O artigo começa com uma introdução que descreve a importância da soldagem por pulso magnético (MPW) na união de materiais diferentes. Em seguida, a seção Processo de soldagem por pulso magnético detalha os princípios por trás da MPW, o equipamento usado, os principais parâmetros do processo que influenciam a soldagem por fricçãoe as vantagens que ela oferece em relação aos métodos tradicionais. A próxima seção, Unindo materiais dissimilares com MPW, discute as diferenças entre soldagem semelhante e dissimilar, apresenta estudos sobre várias combinações de materiais e examina a estrutura e as propriedades das interfaces resultantes.

Na seção Caracterização e modelagem de MPW, o foco muda para técnicas de caracterização microestrutural, métodos de testes elétricos e mecânicos e abordagens de modelagem numérica para entender melhor o processo de MPW. A seção Aplicações do MPW destaca seu uso em automotivo componentes, união de estruturas tubulares e outras aplicações modernas.

A soldagem por pulso magnético (MPW) é um processo de soldagem de estado forte que tem um compromisso extraordinário com a união de materiais diferentes. Ao utilizar potências eletromagnéticas de alta velocidade, a MPW realiza a ligação metalúrgica entre os cúmplices de união por meio de deformação plástica extrema na interface. Como a entrada de intensidade é irrelevante durante o processo, as imperfeições iniciadas pelo calor, por exemplo, a formação intermetálica, geralmente são evitadas.

No entanto, apesar de ser conhecido desde a década de 1960, a adoção moderna do MPW permanece moderadamente baixa. Isso se deve, de certa forma, à falta de entendimento sobre a relação entre os parâmetros do processo e a formação da solda. As técnicas de caracterização, incluindo microscopia, testes mecânicos e simulação, proporcionaram conhecimentos importantes. No entanto, as intrincadas interações entre as peculiaridades eletromagnéticas, termomecânicas e de materiais fazem com que os testes de MPW sejam simplificados.

Este artigo pretende complementar a aplicação do MPW por meio de uma ampla auditoria de redação. Primeiramente, é apresentado um esboço dos princípios e equipamentos do MPW. Em seguida, são abordadas as principais descobertas sobre o impacto dos parâmetros do processo e a caracterização das interfaces resultantes. O artigo conclui com uma análise das aplicações de MPW, apresentando as portas abertas e as dificuldades remanescentes. É fundamental promover o entendimento lógico do MPW para potencializar sua aplicação na união de alta velocidade de materiais diferentes.

Processo de soldagem por pulso magnético

Esta seção apresentará um esboço do processo de soldagem por pulso magnético, incluindo os princípios, os equipamentos, os parâmetros do processo e as vantagens em comparação com outros processos. soldagem por feixe de elétrons processos.

Princípios da soldagem por pulso magnético

A soldagem por pulso magnético utiliza energia eletromagnética para unir materiais por meio de colisão rápida. Um loop é carregado por um banco de capacitores, produzindo um campo magnético. Isso provoca fluxos de redemoinho em uma peça de trabalho condutora próxima, criando um campo magnético secundário. Os campos de conexão aplicam forças de Lorentz na peça de trabalho, acelerando-a para longe do loop. Em caso de colisão com outra peça de trabalho, a deformação plástica grave e o intertravamento mecânico podem gerar uma ligação metalúrgica em microssegundos.

Equipamento de soldagem por pulso magnético

O equipamento MPW comum incorpora uma fonte de energia, um banco de capacitores para armazenar alta energia elétrica, um rolo de trabalho e um gerador de pulso eletromagnético. O banco de capacitores carrega e, em seguida, libera a corrente através da rosca, produzindo uma corrente pulsada. Isso gera fluxos de vórtice em materiais condutores adjacentes, como a peça de trabalho do flyer. O curl pode ter diferentes formatos, como solenoide, placa ou planos de várias voltas, apropriados para várias aplicações. Outros modeladores de campo são usados de vez em quando para coordenar o movimento magnético.

Influenciando os parâmetros do processo

Os principais parâmetros flexíveis que influenciam o MPW incorporam a tensão e a energia de carregamento do capacitor, o cálculo da ondulação, a recorrência da corrente de liberação, o orifício entre as peças de trabalho, as dimensões e a condutividade da peça de trabalho do flyer. A tensão e a energia de carga mais altas proporcionam energia ativa mais notável, enquanto a menor recorrência desenvolve ainda mais a formação de corrente de redemoinho. Furos mais modestos aumentam a velocidade de influência.

Vantagens da soldagem por pulso magnético

Por ser um processo de estado forte conduzido em temperatura ambiente, o MPW evita problemas como zonas de impacto de intensidade e permite a união de materiais diferentes, difíceis de soldar por fusão. Não são necessários metais de enchimento ou ar de defesa, o que aumenta ainda mais a eficácia dos ativos e reduz as emissões. O MPW também é adequado para produção rápida e mecanizada

União de materiais diferentes com MPW

Soldagem similar vs. dissimilar com MPW

A MPW é adequada para unir materiais diferentes devido ao trabalho no estado forte. A soldagem por fusão apresenta problemas ao unir materiais com vários pontos de amolecimento, pois a entrada de intensidade causa a dissolução do material de ponto de liquefação mais baixo primeiro. Isso resulta em problemas como quebras de solidificação e formação intermetálica frágil na junta. Em contrapartida, a entrada de intensidade imaterial na MPW evita esses problemas.

Estudos sobre combinações de materiais dissimilares

A pesquisa explorou diferentes combinações dissimilares com MPW. A prata foi soldada ao cobre e o alumínio ao aço, magnésio e níquel. Da mesma forma, foram produzidas juntas dissimilares de cobre e aço. O MPW realiza a união metalúrgica entre estruturas metálicas diferentes por meio de uma séria deformação plástica na interface durante uma rápida colisão.

Estrutura e propriedades da interface

A interface MPWed, em geral, assume uma morfologia ondulada devido aos impactos de instabilidade interfacial, como as ondas Kelvin-Helmholtz. Ao unir materiais com focos de liquefação fundamentalmente únicos, a dissolução limitada na interface durante a colisão pode instigar a formação de intermetálicos. Estágios como os intermetálicos Cu-Al e Al-Mg foram observados nas interfaces. Ao reforçar a junta, intermetálicos frágeis e exorbitantes corrompem as propriedades.

Caracterização e modelagem de MPW

Esta seção abordou os principais procedimentos para descrever microestruturalmente as juntas MPW, bem como avaliar as propriedades mecânicas e elétricas. Da mesma forma, foram resumidos os trabalhos de modelagem anteriores que aplicaram várias técnicas para imitar o acoplamento eletromagnético subjacente e a evolução da interface durante a soldagem. A seção seguinte investigará as aplicações modernas possibilitadas pelo MPW.

Caracterização microestrutural

A investigação microestrutural é vital para entender as interfaces das juntas MPW. Os métodos incorporam microscopia óptica, SEM, TEM e microscopia de feixe X 3D. O MEV/TEM combinado com o EDS/EPMA detalha exatamente as composições da interface e identifica intermetálico etapas. O teste de dureza em miniatura nas interfaces avalia a variação de resistência.

Testes elétricos e mecânicos

A resistividade elétrica das juntas é estimada utilizando estratégias de quatro testes ou de Kelvin para avaliar a qualidade da junta. A rigidez dos exemplos de cisalhamento por sobreposição ou de topo é avaliada mecanicamente. Os perfis de dureza nas soldas supõem as variações de tensão atuadas. Métodos não desastrosos, como a radiografia, analisam o cálculo e a inadequação da junta.

Modelagem numérica do processo MPW

A criação de modelos de processo ajuda na compreensão. A investigação eletromagnética que utiliza as equações de Maxwell e a análise de mecânica forte que utiliza modelos constitutivos de materiais são acopladas. As estratégias Lagrangiana, Lager, SPH e Euleriana imitam a evolução da interface. Os modelos acoplados subjacentes quentes preveem campos de temperatura. As percepções dos limites do processo são avaliadas. As peculiaridades da interface, como deformação plástica, fluxo e formação de vazios, são imitadas.

Aplicações do MPW

Aplicativos para automóveis

O MPW capacita a adesão ao peso leve alumínio/componentes de magnésio para aço em veículos. As juntas incorporam eixos de transmissão, juntas de controle, seções e alojamentos. As partes da carroceria são soldadas para reduzir o peso. A MPW também une espaços personalizados envolvendo aço/alumínio/magnésio.

União de estruturas tubulares

A MPW cria conjuntos tubulares fundamentalmente básicos em estruturas de exaustão, resfriamento e trocadores de intensidade. Os cálculos complexos de cilindros dobrados e imprevisíveis para unidades de energia são compreendidos. Equipamentos clínicos e esportivos com paredes finas dependem da MPW.

Outros aplicativos

Outras áreas modernas que usam MPW incluem dissipadores de calor em eletrônicosconexões de bateria, energia fotovoltaica, microeletrônica, sensores e MEMS. Aplicações específicas incorporam compósitos de rede metálica e união de superligas revisadas. A MPW fabrica rolos eletromagnéticos, bem como peças atômicas e de aviação.

Conclusão

A soldagem por pulso magnético é uma estratégia promissora de soldagem de estado forte que oferece muitas vantagens em relação aos processos tradicionais de soldagem por fusão. Ao utilizar potências eletromagnéticas rápidas, a MPW pode unir materiais diferentes por meio de deformação plástica extrema na interface, sem apresentar calor. Consequentemente, a MPW evita problemas como zonas de impacto de intensidade e formação de intermetálicos frágeis, que geralmente afetam a soldagem por fusão de metais diferentes.

De qualquer forma, embora a MPW exista desde a década de 1960, sua adoção moderna permanece restrita devido à complexidade do processo. Os esforços de análise crítica ampliaram a compreensão das relações entre os parâmetros e a formação da solda por meio de microscopia, testes e simulações. A propósito, os acoplamentos eletromagneto-termomecânicos fazem com que os testes de condução de MPW sejam completamente simplificados. Espera-se que o trabalho contínuo ainda estabeleça janelas de processo robustas para diferentes combinações de materiais e aplicações.

Essa auditoria apresentou um esboço dos princípios do MPW, configurações de equipamentos e descobertas importantes sobre parâmetros e caracterização de interface. Uma análise das aplicações demonstra o potencial em empreendimentos como o automobilístico e o eletrônico. No entanto, o uso comercial continua sendo uma especialidade, e a revisão lógica em andamento significa fortalecer mais prontamente a utilidade do MPW na união em alta velocidade de materiais diferentes. Com a mudança adicional de eventos, a MPW mostra uma forte garantia de trabalhar com planos de ponta por meio da união leve de multimateriais.

Perguntas frequentes

P: O que é soldagem por pulso magnético?

R: A soldagem por pulso magnético é um processo de soldagem de estado forte que utiliza potências eletromagnéticas para unir materiais a altas velocidades por meio da deformação plástica na interface de colisão.

P: Como funciona a soldagem por pulso magnético?

R: No MPW, uma corrente de alta recorrência passa por uma ondulação, produzindo um campo magnético. Isso provoca fluxos de redemoinho em materiais condutores vizinhos, criando uma força de repulsão que acelera um material e o faz colidir rapidamente com outro. O efeito produz uma ligação metalúrgica.

P: Quais são as vantagens da soldagem por pulso magnético?

R: As vantagens incluem um processo de estado forte, entrada de intensidade sem importância, capacidade de soldar metais diferentes, imperfeições insignificantes, como intermetálicos, e potencial para produção rápida mecanizada. Além disso, não utiliza metais de enchimento ou gases de proteção.

P: Quais materiais podem ser unidos usando a soldagem por pulso magnético?

R: A MPW demonstrou a soldagem de muitos sistemas diferentes em combinações semelhantes e diferentes de alumínio/cobre, alumínio/aço e até os limites do cobre para o vidro metálico à base de zircônio. Em uma aplicação, o processo é especialmente valioso na união de metais leves com seus equivalentes tradicionais.

P: Quais são as aplicações da soldagem por pulso magnético?

R: As aplicações incluem componentes de automóveis, eletrônicos, fabricação de baterias, componentes de aviação, aplicações atômicas, ferramentas e muito mais. A exploração contínua está expandindo ainda mais sua utilização moderna.