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探索磁脉冲焊接：优势、应用和技术

12 月 15, 2024

了解磁脉冲焊接 (MPW) 的原理和优点，这是一种连接异种材料的先进方法。了解其设备、工艺参数以及在汽车、电子等领域的应用。

探索磁脉冲焊接：高速焊接异种材料

文章以导言开始，概述了磁脉冲焊接 (MPW) 在连接异种材料方面的重要意义。随后，磁脉冲焊接工艺部分详细介绍了 MPW 背后的原理、使用的设备以及影响 MPW 的关键工艺参数。搅拌摩擦焊以及与传统方法相比的优势。下一节 "使用多孔波焊接工艺连接异种材料 "讨论了同类焊接和异种焊接的区别，介绍了各种材料组合的研究，并探讨了焊接界面的结构和性能。

在 "MPW 的表征和建模 "部分，重点转向微结构表征技术、电气和机械测试方法以及数值建模方法，以便更好地了解 MPW 工艺。中压瓦的应用部分重点介绍其在以下方面的应用车载部件、管状结构连接以及其他现代应用。

磁脉冲焊接（MPW）是一种强态焊接工艺，在连接异种材料方面具有非凡的功能。通过利用高速电磁力，MPW 可通过界面上的极度塑性变形实现焊接材料之间的冶金结合。由于在焊接过程中输入的强度并不重要，因此一般不会出现热引发的缺陷，例如金属间的形成。

尽管如此，尽管 MPW 早在 20 世纪 60 年代就已问世，但现代采用 MPW 的程度仍然很低。这在一定程度上是由于缺乏对工艺参数与焊缝形成之间关系的了解。包括显微镜、机械测试和模拟在内的表征技术提供了重要的知识。然而，电磁、热机械和材料特性之间错综复杂的相互作用使得 MPW 测试难以简化。

本文旨在通过广泛的写作审核来补充 MPW 的应用。首先概述了 MPW 原理和设备。然后讨论了在工艺参数影响和结果界面表征方面的重要发现。文章最后对 MPW 的应用进行了回顾，重点介绍了 MPW 的发展前景和仍然存在的困难。推动对 MPW 的逻辑理解对于提高其在异种材料高速连接中的应用至关重要。

磁脉冲焊接工艺

本节将概述磁脉冲焊接工艺，包括原理、设备、工艺参数以及与其他焊接工艺相比的优势。电子束焊接进程。

磁脉冲焊接原理

磁脉冲焊接利用电磁力通过快速碰撞将材料连接起来。环路由电容器组充电，产生磁场。这促使附近的导电工件产生漩涡流，从而形成二次磁场。连接磁场对工件施加洛伦兹力，使其加速离开回路。在与另一个工件碰撞时，严重的塑性变形和机械互锁可在微秒内形成冶金结合。

磁脉冲焊接设备

常规的 MPW 设备包括电源、用于释放高电能的电容器组、工作卷曲器和电磁脉冲发生器。电容器组充电后通过卷曲释放，产生脉冲电流。这将在相邻的导电材料（如传单工件）中产生涡流。卷曲器可以有不同的形状，如适合各种应用的螺线管形、板形或多圈形。附加的磁场整形器可用于协调磁场运动。

影响工艺参数

影响 MPW 的关键柔性参数包括电容器充电电压和能量、卷曲计算、释放电流重复性、工件之间的孔洞、飞行器工件尺寸和导电性。充电电压和能量越高，活性能量越显著，而电流循环越低，漩涡电流越大。更小的孔可提高影响速度。

磁脉冲焊接的优势

作为一种在室温下进行的强态工艺，MPW 避免了强度影响区等问题，并能将难以熔焊的异种材料连接起来。无需填充金属或防御性空气，从而进一步提高了资产效率并减少了排放。MPW 同样适用于机械化快速生产

使用 MPW 连接异种材料

使用 MPW 进行相似与不相似焊接

MPW 适合于异种材料的连接，因为它可以在强力状态下工作。熔融焊接在连接具有不同软化点的材料时会出现问题，因为输入的强度会导致液化点较低的材料首先溶解。这就导致了凝固断裂和接头处脆弱的金属间化合物形成等问题。与此相反，在 MPW 中输入非材料强度可避免这些问题。

异种材料组合研究

研究探索了 MPW 的不同异种组合。银与铜焊接，铝与钢、镁和镍焊接。铜与钢之间的异种连接也已完成。MPW 通过在快速碰撞过程中在界面上产生严重的塑性变形来实现异种金属框架之间的冶金结合。

界面结构和属性

由于开尔文-赫尔姆霍兹波（Kelvin-Helmholtz waves）等界面不稳定性的影响，MPWed 界面通常会呈现波浪状形态。在连接具有基本独特液化焦点的材料时，碰撞过程中界面上的有限溶解会促进金属间化合物的形成。在界面上已经出现了铜-铝和铝-镁金属间化合物。在加固接合处的同时，过高的脆性金属间化合物会破坏其性能。

MPW 的特征和建模

本节讨论了从微观结构上描述 MPW 接头以及评估机械电气性能的关键程序。此外，还总结了过去应用各种技术模拟焊接过程中电磁耦合和界面演变的建模工作。下一节将探讨中压瓦的现代应用。

微结构表征

微结构研究对于了解 MPW 接头的界面至关重要。研究方法包括光学显微镜、扫描电镜、电子显微镜和三维 X 光束显微镜。SEM/TEM 与 EDS/EPMA 相结合，可以精确地分解界面成分，并确定互金属阶段。跨界面微型硬度测试可评估强度变化。

机电测试

利用四次测试法或开尔文法估算接头的电阻率，以评估接头质量。通过机械方法评估搭接-剪切或对接实例的刚性。通过焊缝的硬度曲线推测应变变化。非破坏性方法（如射线照相法）则用于检查接头的计算和缺陷。

中压水切割工艺的数值建模

创建过程模型有助于理解。利用麦克斯韦方程的电磁学研究和利用材料构成模型的强力学研究是相互耦合的。拉格朗日、拉格、SPH 和欧拉策略模拟界面演变。温暖的基本耦合模型可预见温度场。评估过程边界意识。模拟塑性变形、流变、空隙形成等界面特性。

MPW 的应用

汽车应用

MPW 赋予加入轻量级铝质/镁合金部件与钢材在车辆中的结合。接头包括传动轴、控制关节、节和衬垫。焊接车身部件可减轻重量。MPW 甚至可以将定制的钢/铝/镁空间连接起来。

管状结构连接

MPW 为排气框架、冷却和强度交换器提供基本的管状组件。可以理解能源装置中复杂的弯曲和不可预测的气缸计算。薄壁临床和运动设备依赖于 MPW。

其他应用

使用 MPW 的其他现代领域包括电子学在电池连接、光伏、微电子、传感器和微机电系统等领域的应用。具体应用包括金属晶格复合材料和复核超合金的连接。MPW 还制造电磁线圈以及原子和航空部件。

结论

磁脉冲焊接是一种前景广阔的强态焊接策略，与传统的熔融焊接工艺相比具有许多优势。通过利用快速电磁力，MPW 可以在不产生热量的情况下，通过界面处的极度塑性变形将异种材料连接在一起。因此，MPW 避免了经常困扰异种金属熔焊的强度影响区和脆弱金属间形成等问题。

无论如何，虽然 MPW 早在 20 世纪 60 年代就已存在，但由于工艺复杂，其现代应用仍受到限制。通过显微镜检查、测试和模拟，关键检查工作扩大了对参数和焊接形成之间关系的理解。此外，电磁-热机械耦合器使 MPW 试验完全简化。预计持续的工作将为不同的材料组合和应用开辟酣畅淋漓的工艺窗口。

本审计报告概述了 MPW 原理、设备配置以及在参数和界面表征方面的主要发现。对其应用的审查显示了其在汽车和电子产品等领域的潜力。然而，商业用途仍然是专业性的，持续的逻辑审查意味着要更容易地提高 MPW 在异种材料高速连接中的实用性。随着事态的进一步发展，MPW 通过多种材料的轻量化组合，为尖端计划的实施提供了强有力的保障。