СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ СВАРКИ И РЕЗКИ
Физическая сущность магнитно-импульсной сварки
Магнитно-импульсная сварка металлов (МИС) — это разновидность сварки, при которой для контактирования и сварки используют взаимодействие внешних мощных импульсных магнитных полей индуктора с магнитным полем свариваемой детали. Магнитное поле в детали наводится индуктором в момент разряда импульсной высоковольтной конденсаторной батареи (рис. 13.1).
Способ МИС впервые запатентован в США в 1964 г. Ф. Брауэром. По этому способу зону сварки герметизируют и создают в ней нейтральную атмосферу. Предварительно детали нагревают с помощью индуктора от генератора токов высокой частоты, затем на этот же индуктор подается импульс тока от магнитно-импульсной конденсаторной установки. Взаимодействие магнитных полей индуктора и метаемой детали создает между ними усилия отталкивания. Подвижная деталь метается на неподвижную и происходит их сварка.
По способу, разработанному Д. Н. Лысенко, В. В. Ермолаевым и А. А.Дудиным, сварку производят на воздухе без предварительного нагрева, а метаемую деталь располагают под углом а0 к неподвижной. Используется плоский и кольцевые индукторы.
|
2 3 4 5 6
Рис. 13.1. Принципиальная схема магнитно-импульсной сварки: / — неподвижная деталь; 2 — метаемая деталь; 3 — индуктор; 4 — коммутирующее устройство; 5 — батареи конденсаторов; 6 — зарядное устройство; 7 — опора; ско — установочный угол; 8 — установочный зазор |
В основе МИС лежит использование сил электромеханического взаимодействия между индуцированным магнитным полем детали и импульсным магнитным полем индуктора. При этом электрическая энергия через импульс магнитного поля без участия какой-либо передающей среды преобразуется в механическую силу давления. Давление магнитного поля характеризуется плотностью энергии:
р = 0,5 ВН,
где В — индукция магнитного поля, В = Нц; Н — напряженность магнитного поля; ц — магнитная проницаемость среды.
При магнитно-импульсной обработке, когда значения В на порядок выше индукции насыщения ферромагнитных материалов, ц следует заменить на Цо — магнитную постоянную.
Отсюда р = 0,5jIqFP, или р - К2р-, или р = K2U2CL~K Здесь К2 — коэффициент, учитывающий соотношение геометрических параметров системы индуктор—деталь; / — разрядный ток в индукторе; U и С — напряжение и емкость батареи конденсаторов; L — индуктивность разрядного контура.
При МИС, как и при сварке взрывом, независимо от начального расположения поверхностей свариваемых деталей, их соударение во время сварки происходит под углом. Это создает при достаточной скорости удара локальную зону контакта по линии (ситуация наката), на которой давление в десятки раз превышает предел пластичности материала, в результате чего он приобретает свойства несжимаемой жидкости. При этом происходит выброс оксидных пленок и других загрязнений со свариваемых поверхностей под воздействием кумулятивной струи. Это создает условия для активации поверхностей и их совместной пластической деформации с образованием металлических связей.
