316L-Cu異種金屬磁脈沖焊接數(shù)值模擬及組織性能研究.pdf

1、電磁脈沖焊接是一種利用高能脈沖放電產(chǎn)生巨大電磁力，實(shí)現(xiàn)高速、固態(tài)、冷焊的連接方法。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了異種金屬如鋼-銅、鋁-銅等材料的連接和金屬與非金屬如鋼-陶瓷的連接。在實(shí)際的生產(chǎn)制造中，該技術(shù)被大量應(yīng)用于航空航天、汽車制造等領(lǐng)域。本文通過電磁脈沖焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了紫銅管和316L不銹鋼棒之間的連接，得到了穩(wěn)定的焊接結(jié)構(gòu)，并通過相關(guān)方法對(duì)電磁脈沖焊接技術(shù)進(jìn)行研究分析。
　　通過Ansys有限元軟件進(jìn)行模擬分析，得到焊接過程中系統(tǒng)電磁場(chǎng)和紫銅

2、管所受電磁力的變化規(guī)律。焊接過程中系統(tǒng)電磁場(chǎng)分為三個(gè)區(qū)域：磁場(chǎng)集中區(qū)、磁場(chǎng)減弱區(qū)、磁場(chǎng)過渡區(qū)。1/3周期～2/3周期，系統(tǒng)電磁場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間增大而增大，集中區(qū)位于集磁器內(nèi)部，過渡區(qū)位于在集磁器外部的區(qū)域。2/3周期～1周期，集中區(qū)磁場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)，同時(shí)集中區(qū)向焊接部位移動(dòng)。2/3周期時(shí)移動(dòng)到焊接部位，焊接區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度由中心向兩邊逐漸減小，最大處磁場(chǎng)強(qiáng)度約為190000Gs，最小處約為78800Gs。紫銅管所受電磁力隨時(shí)間的增大而增大，最終電

3、磁力在焊接區(qū)域集中，最大處的電磁力約為35.6kN。對(duì)焊接過程中紫銅管的變形速率進(jìn)行分析，外管的變形速率隨著放電電流的增大而增大。磁脈沖焊接過程中，管-棒間隙選擇1.5mm左右較為合適。
　　通過流體力學(xué)數(shù)學(xué)模型計(jì)算，得到形成焊接接頭的臨界碰撞速度為94.48m/s，形成波形界面的最小碰撞速度為58m/s。碰撞速度隨著碰撞角增大而增大。通過計(jì)算對(duì)磁脈沖焊接所用集磁器和線圈系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后的集磁器效能提高約60%。優(yōu)化后的線圈系

4、統(tǒng)有易安裝、易定位、壽命高、散熱好等優(yōu)點(diǎn)。
　　通過拉伸實(shí)驗(yàn)、剝離實(shí)驗(yàn)、脹破實(shí)驗(yàn)等對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，磁脈沖焊接接頭處有較高的接觸強(qiáng)度、優(yōu)良的氣密性和較好的低溫韌性。利用SEM等分析測(cè)試方法對(duì)焊接接頭界面處組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察分析發(fā)現(xiàn)，焊縫處金屬達(dá)到很好的冶金結(jié)合，焊縫處無孔洞、裂紋等明顯缺陷存在。脈沖焊接過程中，界面處存在金屬射流現(xiàn)象，而且該現(xiàn)象對(duì)磁脈沖焊接接頭形成有重要作用。脈沖焊接過程中，銅管變形分為兩個(gè)階段：（1