多缝隙集磁器的磁脉冲管件缩径成形及连接

磁脉冲管件缩径是金属管件与金属或者非金属管件、杆件连接时使用的一种高速成形工艺.集磁器能显著提高磁脉冲的焊接效率.传统集磁器中通常存在一个缝隙,用于改变感应电流流向,进而调控磁力分布.缝隙的存在使得电磁力在周向上分布不均,靠近缝隙处的区域难以焊接,这种缺陷降低了磁脉冲管件缩径的周向均匀性.为了提高磁脉冲管件缩径的均匀性...     

铝合金-碳钢管的磁脉冲变形连接(英文)

采用带集磁器线圈装置对3A21铝合金20钢管件进行磁脉冲连接,并对连接接头的力学性能和微观结构进行测试和观察。结果表明,在电压为15kV、径向间隙为1.2~1.4mm和搭接区锥角为3°~7°的条件下可获得冶金连接接头。连接接头由宽度不均匀的过渡区、两母材及其与母材连接的界面构成。连接界面呈微波状形貌,过渡区发生基体元素Fe和Al的互扩散。过渡区由FeAl金属间化合物构成,并存在微裂纹和微孔洞等缺陷;其显微硬度明显高于邻近母材的显微硬度。     

异种金属磁脉冲连接技术的研究与应用

磁脉冲连接是基于磁脉冲成形技术发展起来的一种固态连接技术,可实现难以获得熔化焊接头的异种金属材料的冶金连接.本文从磁脉冲连接技术的原理和特点出发,重点综述了异种金属材料磁脉冲连接接头强度及微观组织、工艺应用及设备的国内外现状,阐明了深入开展磁脉冲连接技术研究的重要意义.     

磁脉冲压力连接管件的研究

本文利用实验方法，对影响管件磁脉冲连接的结构参数及电参数进行了研究。研究结果可供实际使用参考，从而为管类零件连接在生产实用中提供了一种切实可行的新工艺方法。     

铝合金与碳钢管磁脉冲连接试验

利用磁脉冲方法连接3A21铝合金和20钢,通过CT进行连接接头无损检测,并采用SEM进行接头界面的徽现形貌观察和元素分布的EDS分析.结果表明,磁脉冲连接过程中,由于线圈电流感应产生的磁场力不均匀,导致整个连接过程并不是同步进行的;材料应力波与高速移动撞击点引起的界面变形联合作用,导致界面呈现出波技状结合面;Al-Fe...     

集磁器结构对磁脉冲辅助半固态钎焊接头组织和性能的影响

采用电磁-结构-流场耦合的多物理场耦合模拟方法,对比分析了等内径和带锥角两种集磁器条件下Cu/Al管的磁脉冲辅助半固态钎焊过程,考察了外管的变形行为和半固态钎料的剪切流变行为.结果表明,采用等内径集磁器时,钎料所受的剪切应力和相应的剪切流变速率在端部最高,底部次之,中部最弱,导致搭接区域内去膜效果存在差异,甚至影响界面...     

脉冲磁致振荡下纯铝凝固磁场与流场分布的数值模拟

脉冲磁致振荡可以细化金属晶粒,为了研究其作用机理,采用ANSYS有限元模拟软件对脉冲磁致振荡下纯铝凝固磁场与流场分布进行了数值模拟.模拟结果显示,由于电磁趋肤效应,线圈中脉冲电流只在熔体表面感应产生电磁力,且随时间出现指向内部的压力与指向外部的拉力交替变化,沿径向有指向熔体顶部与底部交替变化.交变电磁力可以振荡熔体表面率先析出的晶核而使之游离,增大熔体形核率.同时感应电磁力迫使熔体产生流动,会利于晶核的均匀分布与温度场、浓度场的均匀化.     

脉冲磁致振荡对纯铝熔体电磁力和流场影响的数值模拟

在金属熔体周围的环绕线圈中,通入窄脉宽高频交变脉冲电流可以细化其凝固组织,这种组织细化方法称为脉冲磁致振荡.采用ANSYS有限元软件研究脉冲磁致振荡对纯铝熔体电磁力和流场的影响,主要包括线圈脉冲电流峰值,铸件直径及线圈尺寸位置等参数.模拟结果显示,脉冲电流峰值增加,熔体感应的电磁力也随着增大,振荡效果增强.铸件直径增大,电磁力驱使的内部流动效果会减弱.线圈尺寸增大,感应电磁力和熔体流动均增强.线圈下部的电磁力与流动分布导致晶粒的细化效果会优于上部.     

3A21铝合金-20钢管磁脉冲连接实验研究

利用低电感线圈磁脉冲连接(MPJ)装置, 研究了放电电压、管件径向间隙和搭接区长度对3A21铝合金-20钢管连接接头拉伸和剥离力学性能的影响. 通过SEM进行了接头界面的微观形貌观察和元素分布的EDS分析. 结果表明, 随放电电压提高, MPJ性质由机械连接向冶金连接转变. 在放电电压为5.5 kV、径向间隙为1.5 mm、搭接区为3/4线圈长度条件下, 获得界面呈小波纹状、Al和Fe元素发生互扩散的冶金接头. 与接头界面临近的基体金属发生了剧烈 塑性变形和晶粒细化.     

磁脉冲焊接机理及其在异种金属材料连接中的应用

通过对铝、镁、铜、不锈钢等金属及其合金进行的磁脉冲焊接试验,结合材料动力学、热力学、高速撞击条件下的射流形成机理及金属变形理论等方面的研究,提出磁脉冲焊接撞击界面的接头结合机理。并采用OLYMPUS激光共聚焦显微仪、SEM、纳米压痕仪等材料微观分析检测方法,对工件高速撞击下界面所产生的相变、扩散、熔化及凝固现象进行研究,阐述了接头结合机理对界面形貌的影响实质。研究结果表明:材料应力波与高速移动碰击点引起的界面变形联合作用,使界面金属表现为一种类流体的性质,产生亥尔姆霍尔兹不稳定性,导致接头呈现出波纹状结合界面:压缩波的传播速度对真实界面结合区的长度起决定性作用;界面所产生的相变、扩散、熔化及凝固现象与冲击速度直接相关。同时还指出材料本身力学性能对界面结合形貌也有显著影响。     

金属管件电磁脉冲连接特性研究

采用了带有集磁器结构的电磁脉冲装置对铝合金管与钢管的连接成形进行研究。采用数值模拟和实验相结合的方法探索了集磁器所开缝隙及其宽度对于磁场力分布的影响。对接头处外管均匀性和连接强度的研究结果表明:放电电压越大,接头处外管均匀性越好、连接强度越大;两连接管间间隙越大,接头处外管均匀性越差、连接强度先变大后变小。并应用整体均匀性判据方法获得了既满足均匀性要求又能达到一定连接强度的合理管件间间隙为1.5 mm。     

铝-镁合金磁脉冲焊接界面形貌研究

采用不同的焊接工艺参数对1060铝合金与AZ31镁合金进行磁脉冲焊接试验。结合铝-铝界面形貌,对比探讨磁脉冲铝-镁异种金属焊接接头界面波特征。通过SEM/EDS、纳米压痕试验,着重研究界面"熔化区"的产生机理、分布特点以及此区域的硬度变化。试验结果表明:界面呈不规则的波状结合方式,嵌入镁层的界面波远大于铝层;在"熔化区"会生成脆硬的第二相,此相分布在Al基一侧。通过调整适当的焊接工艺参数可避免此"熔化区"产生。     

磁脉冲焊接飞管变形过程数值模拟

建立了管-管磁脉冲焊接飞管变形过程的有限元-边界元分析3D模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件的电磁场-结构场-温度场耦合求解方法,分析了管端搭接位置和放电电流频率对飞管变形规律的影响。研究结果表明,管-管磁脉冲焊接飞管变形过程可分为3个阶段,即初始阶段、均匀缩径阶段和冲击接触变形阶段。当飞管的端部外伸出集磁器工作区时,飞管的外端(未变形的金属)对均匀缩径变形区金属的影响主要是形成大的碰撞角度、减小碰撞速度。飞管管端适当缩进集磁器工作区可使飞管上的电磁力呈梯度分布,有利于碰撞角度的形成,实现焊接的效果。温度分布结果表明,磁脉冲焊接界面温升应是多因素的综合结果,飞管的宏观塑性变形功和涡电流的焦耳热并不是实现磁脉冲焊接界面结合的唯一热源。在放电能量一定的条件下,提高放电电流频率,有利于缩短初始阶段时间,提高接触碰撞速度。     

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。     

5A02铝合金磁脉冲胀形试验与模拟研究

磁脉冲板材成形属于高速率变形,应变速率可达到100~1000 s-1,因此导致变形过程的大量参数信息无法准确获取,给磁脉冲变形过程的研究与分析带来了较大的困难。采用数值模拟和工艺试验相结合的方法,对5A02铝合金磁脉冲胀形过程进行了研究,分析了不同放电电压条件下板材的磁场分布以及运动过程。结果表明,胀形首先在电磁力最大区域先发生变形,随后带动其他区域变形,板材的变形速度在0.2 m·s-1时达到最大,其中间区域测得速度最大可达116 m·s-1,胀形在0.6ms达到最大值,而后由于回弹其胀形高度有小幅下降。     

脉冲磁致振荡作用下Ga-In-Sn液态合金中熔体流场的数值模拟

采用多物理场数值模拟软件Comsol,结合超声多普勒测速仪,对Ga-In-Sn液态金属模铸过程中熔体流速进行了数值模拟和试验测定。研究了脉冲磁致振荡线圈与熔体高度方向的相对位置变化对熔体流场的影响。结果表明:在脉冲磁致振荡外场作用下,给定脉冲电流及频率条件,将脉冲磁致振荡线圈置于模铸熔体水平中线位置时,其内部流场环境对模铸凝固组织的细化效果最佳。     

高压脉冲磁开关铁芯技术要求与软磁材料适应性

本文介绍了脉冲磁开关的原理及其重要应用,脉冲磁压缩和直线感应加速器及其对软磁材料的技术要求,讨论了选材的原则及材料的适应性,对比介绍了几种软磁材料制作磁开关铁芯的优缺点和铁芯制造工艺。     

筒形件磁脉冲辅助冲压成形数值模拟

针对磁脉冲辅助冲压成形过程,提出了基于ANSYS平台的有限元分析程式,通过编制用户子程序,采用重启动分析法,建立了冲压预成形过程显式求解和瞬态磁脉冲成形"松散"耦合分析之间的动态连接,并用于5052-O铝合金圆筒形拉深件磁脉冲辅助冲压成形过程的有限元仿真研究。结果表明,所建立的有限元分析方案,能实现圆筒形件磁脉冲辅助冲压成形连续变形过程的模拟,板坯变形信息体现了准静态冲压变形和高速率磁脉冲成形之间的耦合。有限元模拟结果与实验吻合较好。     

铜/铝磁脉冲半固态辅助钎焊界面扩散过程

结合分子动力学模拟和试验研究,对铜/铝管磁脉冲半固态辅助钎焊界面原子扩散过程进行了研究.结果表明,在铝侧扩散界面原子主要在界面的无序原子层中相互扩散,且各元素的扩散行为不均匀,铝基体原子向钎料的扩散速度远小于钎料原子向铝基体扩散的速度;铜侧界面在模拟设置的冲击速度下,扩散层很薄且厚度变化并不明显.测量不同冲击速度下铝侧界面的扩散层厚度发现,随着冲击速度增加,模拟的扩散层厚度呈线性增加,与试验结果相符.根据模拟与试验结果建立了在相同或相近的冲击速度下,模拟界面扩散层厚度与试验界面扩散层厚度之间的关系,模拟结果能够较好地预测试验界面扩散层厚度,最大误差为2.8%.     

脉冲磁致振荡细化工业纯铝机制研究

以工业纯铝为研究对象,通过在铸型内放置金属网隔离的方法,研究了脉冲磁致振荡(pulsed magneto cscillation,PMO)细化工业纯铝凝固组织的机理。试验结果表明,脉冲磁致振荡能激发工业纯铝在铸型内壁、熔体液面以及固/液界面前沿处大量形核。脉冲磁致振荡技术利用高频变化的电磁场作用于熔体中并感生出振荡式电磁力,这种电磁力一方面能减小熔体内部温度梯度,从而增大形核面积;另一方面能加速晶核在液面以及固液界面处脱落并游离到整个熔体中,从而形成结晶雨效应细化金属凝固组织。