铝板电磁焊接过程中洛伦兹力的三维仿真研究

板件电磁焊接过程中洛仑兹力的分布不均匀导致了焊接接头部位板件的变形不均匀,在一定程度上影响了焊接质量。本文利用电磁焊接技术对两块1 mm厚的1系铝板进行了焊接试验,同时利用电磁场仿真软件对焊接过程中板件所受洛仑兹力进行了三维仿真研究。流过集磁器内电流的仿真结果与试验结果于首个波峰位置误差在3.45%以内,板件表面洛仑兹力分布的仿真结果与试验中所发现的板件焊接区域表面变形现象一致。通过对比被焊板件表面特征区域所受垂向洛伦兹力的大小,发现不同区域范围板件所受垂向洛伦兹力呈现不同的分布规律,该区域范围主要由被焊板件内所产生的感应涡流分布所决定。     

非对称集磁器在铝与玻璃钢磁脉冲连接中的应用

通过理论分析和数值模拟结合的方法分析了不同结构和几何尺寸的非对称集磁器对磁脉冲连接过程的影响。针对特定的铝-玻璃钢零件设计了专用的非对称集磁器,在理论分析的基础上通过数值模拟软件对集磁器在不同结构和几何尺寸下进行数值模拟,得出集磁器的电流密度和磁感应强度的分布情况,并在此基础上优化了结构参数,最终确定了集磁器几何参数;加工出非对称集磁器在磁脉冲焊接设备上对铝-玻璃钢的连接进行了试验,获得了符合气密性和剥离强度的接头并确定了铝-玻璃钢连接的工艺参数。     

铝-镁磁脉冲焊接结合界面间产热机制分析

选用1060铝合金管件冲击不同表面状态下的AZ31B镁合金表面进行磁脉冲焊接试验。并对焊后接头结合形貌进行量化分析,着重研究焊接接头结合界面间的产热机制。结果表明:设定充电电压为4.2kV不变,焊接接头均表现为波纹状结合;光洁表面试件焊接后界面结合区波峰附近有微量弥散分布的熔化块;粗糙表面焊接后界面结合区出现呈片状连续分布的熔化层。由分析可知:粗糙表面凸起可以捕获更多的射流,并且会阻碍表面波沿表面传递,上述因素导致能量不能及时散失进而结合界面区温度升高最终出现熔化现象。     

磁脉冲焊接的数学模型

从飞板冲击的动力学方程出发,建立了磁脉冲焊接过程的动力学模型,推导了接触点产生射流的临界速度与被焊工件的密度、屈服强度、几何形状与装配间隙的关系,其中充电电压作为可调工艺参数.采用所建立的模型计算出焊接铝合金1050与镁合金AZ31、铝合金5A03和铝合金5A06所需的充电电压,成功实现了上述2种异种材料的磁脉冲焊接,验证了所建立模型的正确性.