Особенности технологии магнитно-импульсной сварки. Области ее применения

Магнитно-импульсная сварка (МИС) – это сварка с применением давления, при которой соединение осуществляется в результате соударения свариваемых частей, вызванного воздействием импульсного магнитного поля.

Импульсное магнитное поле создается разрядом батареи конденсаторов на индуктор, в котором помещают свариваемые заготовки. Схема магнитно-импульсной сварки показана на рис. 11.12.

Рис. 11.12. Принципиальная схема процесса магнитно-импульсной сварки металлов

Установка для сварки состоит из зарядного устройства 1, в которое входят высоковольтный трансформатор и выпрямитель, батареи конденсаторов 2, коммутирующего устройства 3 и индуктора 4. При включении коммутирующего устройства 3 происходит разряд батареи высоковольтных конденсаторов на индуктор 4. Индуктор создает сильное импульсное магнитное поле, индуктирующее вихревые токи в заготовке 5. В результате взаимодействия импульсного магнитного поля с магнитным полем, вызванным вихревыми токами, возникают пондеромоторные силы, которые сжимают трубную заготовку. Пондеромоторные силы возникают в результате взаимодействия направленных навстречу друг другу магнитных полей. Заготовки на участке под индуктором сближаются с большой скоростью. Если внутри заготовки 5 установить неподвижную заготовку (стержень, трубу), то в результате соударения поверхностей появляются значительные пластические деформации, приводящие к образованию сварного соединения. Скорость соударения достигает 10 ² …10 ³ м/с, а давление в зоне контакта – 10 ³ …10 ⁴ МПа.

Электрическая схема установки образует колебательный контур, в котором почти вся емкость С сосредоточена в конденсаторах, а индуктивность L – в сварочном индукторе. Конденсаторы С заряжаются до рабочего напряжения U _с при разомкнутой цепи. При замыкании цепи в контуре возникают свободные затухающие колебания тока

, (11.4)

где I _о – начальная амплитуда тока; k = R /2 L – декремент затухания колебаний; R – активное сопротивление контура; ω = 2π f – частота колебаний.

В первом полупериоде колебаний сила тока и мощность достигают максимальных значений, а энергия, накопленная в конденсаторах, переходит главным образом в индуктор в виде магнитной энергии

(11.5)

где L – общая индуктивность установки; I – действующее значение силы тока; m – масса метаемой детали; V – скорость движения детали; U _с – напряжение зарядки батареи конденсаторов, выбираемое в пределах 10…20 кВ; С – емкость батареи конденсаторов.

Максимальный амплитудный ток установки

(11.6)

Процесс магнитно-импульсной сварки осуществляется по двум основным схемам:

1) когда индуктор охватывается свариваемой деталью 1 (рис. 11.13, I, III, V) и она раздается на неподвижную деталь 2 под действием импульсного магнитного поля;

1) когда индуктор охватывает свариваемую деталь (рис. 11.13, II, IV, VI) и она обжимается на неподвижную деталь под действием давления, вызванного импульсным магнитным полем.

Начальными параметрами режима магнитно-импульсной сварки являются:

1) длина и число витков индуктора;

2) напряжение U _с:

3) емкость С;

4) индуктивность L;

5) начальный зазор между индуктором и заготовкой;

6) начальный угол между соударяемыми поверхностями.

К основным параметрам режима магнитно-импульсной сварки относятся (рис. 11.14):

1) скорость соударения V _р;

2) угол соударения γ;

3) скорость движения точки контакта V _к.

Для каждого сочетания материалов существует определенные значения параметров V _р, V _к и γ, соответствующие началу образования соединения.

Рис. 11.14. Схема соударения деталей: 1 – сваренный участок; 2 – точка контакта

Скорость V _к в процессе соударения не остается постоянной, а меняется с изменением угла γ. Скорость соударения V _р определяется давлением магнитного поля на метаемый элемент, характером его распределения и частотой изменения. Кроме того, V _р зависит от геометрических размеров метаемого элемента, физико-механических характеристик его материала, а также от начального зазора между индуктором и заготовкой и начального угла между свариваемыми поверхностями.

Перед сваркой соединяемые поверхности деталей зачищают и обезжиривают. Необходимо стремиться к тому, чтобы материал метаемой заготовки имел высокую электропроводность, малую плотность и низкий предел текучести. Сварное соединение образуется на участках, где скорость соударения достигает минимально необходимой величины и имеются условия для интенсивной пластической деформации металла.

Зона соединения, как и при сварке взрывом, может быть без волн или иметь волнообразную форму. Длина волн в соединениях составляет 0,1…0,2 мм. В зависимости от условий сварки и свойств свариваемых материалов волны в зоне сварки могут иметь различные конфигурации: синусоидальную и вихреобразную.

МИС можно выполнять на воздухе, в защитной среде или в вакууме. Этим способом сварки можно соединять металлы за малый промежуток времени, исчисляемый микросекундами, в течение которого происходят только процессы схватывания, а диффузионные процессы не успевают развиться.

Процессом МИС можно плавно управлять, обеспечивая высокую стабильность свойств сварного соединения за счет точного дозирования энергии разряда и постоянства заданного распределения давления. Процесс сварки легко контролируется.

МИС соединяются внахлестку трубы круглого, эллиптического и прямоугольного сечения с изделиями аналогичного профиля (полыми или сплошными).

МИС соединяются однородные и разнородные материалы в различных комбинациях (

МИС является экологически чистым процессом, имеющим следующие достоинства:

- высокая прочность соединений;

- высокая производительность (время сварки составляет менее 100 мкс);

- возможность соединения разнородных металлов;

- отсутствие зоны термического влияния;

- отсутствие потребности в присадочных материалах.

К недостаткам магнитно-импульсной сварки необходимо отнести ограничения по типу и площади соединения, ограничения величины давления на метаемую заготовку, обусловленной прочностью и долговечностью индуктора.

Дата добавления: 2015-07-02