CN103831578B - 异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备及方法 - Google Patents

异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备及方法 Download PDF

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Abstract

异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备及方法,属于异种金属材料连接领域。通过把平板线圈电流和瞬时冲击载荷同时引入到金属杆与金属板结构件焊接中,以克服电容放电焊所用外压力仅用于限位的不足,改变电容放电焊电弧作用下的液相连接机制,在瞬时脉冲电流和冲击载荷作用下,实现异种金属杆与金属板结构件室温固态连接。绝缘线圈骨架与压板一固接,驱动块设置在绝缘线圈骨架上,金属导套固定在驱动块上,磁脉冲控制电路两输出端与线圈和金属板结构件相连,线圈与驱动块固接,金属导套内嵌有绝缘套,金属杆嵌入绝缘套内,金属板结构件与压板二紧密接触,线圈与金属杆紧密电连接。本发明用于异种金属杆与金属板结构件连接。

Description

异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备及方法
技术领域
本发明涉及一种异种金属杆与金属板结构件连接的成形设备及方法,属于异种金属材料连接领域。
背景技术
金属杆与金属板类结构件被广泛用于舰船、特种车辆、建筑等工程技术领域。一般金属杆为直径5~25mm的螺杆类紧固件、套管及钉类件,材料为铁磁或非铁磁性的金属及其合金。而金属板结构件常为经金属板材成形得到的壳类结构件,厚度1~10mm。
把金属杆状紧固件连接到金属壳体结构上是很困难的,通常需要焊接中间过渡单元、钻孔和在金属杆件上加工螺纹等工序。此过程一般经手工电弧焊、气体保护焊或电阻凸焊等工艺完成。但是,上述传统焊接工艺过程常产生金属杆与金属板结构件烧蚀、难以保证金属杆件高度、金属杆件相对于金属板结构件发生扭曲变形等缺陷。其中,修复被烧蚀损坏的螺纹是一项需要高昂的人工成本的工作。
上述问题发生的主要原因在于金属板结构件和金属杆件在焊接过程中传热条件的差异,当二者是同种或异种非铁磁性金属材料时,这种差异更显著。电容放电焊被用于连接高热导率的金属杆与金属板结构件,但是,它本质上是一种脉冲电弧焊接方法,用弹簧或者液压系统实现焊枪的升降及焊接过程的压力作用,难以实现焊接过程中金属杆件与金属板结构件的剧烈塑性变形,仍然通过连接区的熔化和凝固获得焊接接头。但是这种工艺并不适于异种金属材料的焊接。
磁脉冲成形是利用脉冲电容器对螺线管线圈(对应管件成形)或平板线圈(对应平板成形)瞬时放电,在线圈和工件之间产生脉冲磁场力,从而实现工件变形的高速率成形方法,具有提高金属材料成形极限、加载速率高、模具简单、成形精度高等优点,在高导电率金属材料成形方面具有显著优势,如各种牌号的铝合金和紫铜等。根据平板磁脉冲成形工艺原理,脉冲磁场力除了用于成形板材外,还能转化为机械冲击载荷,可用于粉末致密、金属晶粒细化及铆接等。但是,一般的磁脉冲成形过程中,脉冲大电流只流过线圈,与工件完全绝缘隔离,工件中只有感应电流,且电容放电焊所用外压力仅用于限位,因此,磁脉冲成形过程没有利用到大电流流经接触界面产生的焦耳热效应,而电容放电焊利用电弧热使杆-板界面金属熔化,通过熔化和凝固的过程实现连接,但是这种过程对异种金属连接是不利的,常在焊接接头中产生脆性金属间化合物和应力集中,导致焊接接头易裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备及方法,本发明通过把平板线圈电流和所产生的瞬时冲击载荷同时引入到金属杆与金属板结构件焊接过程中,以克服电容放电焊所用外压力仅用于限位的不足,并改变电容放电焊电弧作用下的液相连接机制,从而在瞬时脉冲电流和冲击载荷的共同作用下,实现异种金属杆与金属板结构件的室温固态连接。
本发明为实现上述目的采取的技术方案是:
方案一:异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备,所述磁脉冲成形设备包括磁脉冲控制电路、压板一、绝缘线圈骨架、线圈、驱动块、绝缘套、金属导套及压板二;
所述线圈置于压板一的上端面,线圈为绝缘线圈,线圈被灌封在绝缘线圈骨架中,绝缘线圈骨架与压板一的上端面固接,所述驱动块设置在绝缘线圈骨架上端面,所述金属导套固定在驱动块上端面,驱动块的中心处设有通孔,所述磁脉冲控制电路的一个输出端与线圈的一接线端相连,线圈的另一接线端从绝缘线圈骨架内伸出,并进入驱动块的通孔内与驱动块固接,金属导套内嵌有绝缘套,压板二设置在金属导套的正上方,磁脉冲成形前,将所述金属杆的下端嵌入绝缘套内,金属杆的正上方水平设置金属板结构件,金属板结构件的上端面与压板二下端面紧密接触,线圈的所述另一接线端与金属杆下端面紧密电连接,磁脉冲控制电路的另一个输出端与所述金属板结构件相连。
方案二:利用方案一所述磁脉冲成形设备实现异种金属杆与金属板结构件连接的方法,所述方法步骤是:
步骤一:高压脉冲电容器充电;在所述磁脉冲成形设备内部,外网电压经高压变压器升压后,电压升至1000~5000伏,通过整流器把工频交流电变成直流电,再经过限流电阻器对高压脉冲电容器进行直流充电,高压脉冲电容器电容量为800~4000微法,当充电到预定电压值后断开由高压变压器、整流器、限流电阻器及高压脉冲电容器组成的充电电路,所述预定电压值为1000~5000伏;
步骤二:高压脉冲电容器放电;先将金属杆的上端面与金属板结构件的待接触面紧密接触,接通高压开关,存储在高压脉冲电容器中的电荷通过连接线经线圈匝线放电;
步骤三:金属杆和金属板结构件连接;根据平板磁脉冲成形工艺原理,经线圈匝线放电的幅值为10~100kA、周期为50~500微秒的脉冲大电流流经线圈产生的瞬态变化磁场在驱动块表层产生感应电流,即涡流,该涡流与线圈和驱动块间隙内磁场相互作用,产生推动驱动块向上运动的脉冲磁场力,该脉冲磁场力产生的脉冲冲击载荷通过驱动块和金属杆,作用于金属杆和金属板结构件的接触面上,同时,流经线圈的幅值为10~100kA、周期为50~500微秒的脉冲大电流经金属杆、金属杆和金属板结构件接触面、金属板结构件和引线,回到高压脉冲电容器负极,由此,在脉冲冲击载荷和脉冲大电流的共同作用下,使金属杆与金属板结构件接触面的氧化层破坏,在所述接触面产生瞬时热效应,进而产生塑性变形,从而实现了金属杆与金属板结构件连接。
方案三:异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备,所述磁脉冲成形设备包括磁脉冲控制电路、压板一、绝缘线圈骨架、线圈、驱动块、绝缘套、金属导套及压板二;
所述线圈置于压板一的下端面,线圈为绝缘线圈,线圈被灌封在绝缘线圈骨架中,绝缘线圈骨架与压板一的下端面固接,所述驱动块设置在绝缘线圈骨架下端面,所述金属导套设置在驱动块下端且二者制为一体,所述磁脉冲控制电路的一个输出端与线圈的一接线端相连,金属导套内嵌有绝缘套,压板二设置在金属导套的正下方,磁脉冲成形前,将所述金属杆的上端嵌入绝缘套内,金属杆的正下方水平设置金属板结构件,金属板结构件的下端面与压板二上端面紧密接触,线圈的另一接线端与金属杆紧固连接,磁脉冲控制电路的另一个输出端与所述金属板结构件相连。
方案四:利用方案三所述磁脉冲成形设备实现异种金属杆与金属板结构件连接的方法,其特征在于:所述方法步骤是:
步骤一:高压脉冲电容器充电;在所述磁脉冲成形设备内部,外网电压经高压变压器升压后,电压升至1000~5000伏,通过整流器把工频交流电变成直流电,再经过限流电阻器对高压脉冲电容器进行直流充电,高压脉冲电容器电容量为800~4000微法,当充电到预定电压值后断开由高压变压器、整流器、限流电阻器及高压脉冲电容器组成的充电电路,所述预定电压值为1000~5000伏;
步骤二:高压脉冲电容器放电;先将金属杆的下端面与金属板结构件的待接触面紧密接触,接通高压开关,存储在高压脉冲电容器中的电荷通过连接线经线圈匝线放电;
步骤三:金属杆和金属板结构件连接;根据平板磁脉冲成形工艺原理,经线圈匝线放电的幅值为10~100kA、周期为50~500微秒的脉冲大电流流经线圈产生的瞬态变化磁场在驱动块表层产生感应电流,即涡流,该涡流与线圈和驱动块间隙内磁场相互作用,产生推动驱动块向下运动的脉冲磁场力,该脉冲磁场力产生的脉冲冲击载荷通过驱动块和金属杆,作用于金属杆和金属板结构件的接触面上,同时,流经线圈的幅值为10~100kA、周期为50~500微秒的脉冲大电流经金属杆、金属杆和金属板结构件接触面、金属板结构件和引线,回到高压脉冲电容器负极,由此,在脉冲冲击载荷和脉冲大电流的共同作用下,使金属杆与金属板结构件接触面的氧化层破坏,在所述接触面产生瞬时热效应,进而产生塑性变形,从而实现了金属杆与金属板结构件连接。
本发明包含以下有益效果:通过把平板线圈电流和所产生的瞬时冲击载荷同时引入到金属杆与金属板结构件焊接过程中,解决电容放电焊所用外压力幅值低,不足以破坏待连接界面的金属氧化层问题;由电容放电焊电弧作用下的液相连接机制,变为通过剧烈塑性变形和大电流瞬态热效应的固态塑形变形连接机制,从而在瞬时脉冲电流和冲击载荷共同作用下,实现异种金属杆与金属板结构件的室温固态连接。另一方面,也消除了电容放电焊接过程中电弧对螺纹等微细特征的破坏,利用本发明的设备及方法对金属杆与金属板结构件连接的全部过程只需几百微秒,效率高,接头强度超过较弱母材。
附图说明
图1是本发明的方案一的整体结构主视示意图;图2是本发明的方案三的整体结构主视示意图;图3是金属杆与金属板结构件的连接示意图,可通过金相分析和力学性能测试检测连接质量。注:图1和图2中的I1表示流经放电回路(放电回路由高压开关、线圈、金属杆、金属板结构件及高压脉冲电容器构成)的脉冲大电流,标示在金属杆上的箭头指向表示的是电流方向,标示在驱动块上的箭头指向表示的是磁场力作用方向。
图中的部件名称及标号如下:
磁脉冲控制电路1、压板一3、绝缘线圈骨架4、线圈5、驱动块7、绝缘套8、金属杆9、金属板结构件10、压板二11、金属导套12、高压变压器1-1、整流器1-2、限流电阻器1-3、高压开关1-4、高压脉冲电容器1-5、交流电源1-6、次级线圈1-1-1、初级线圈1-1-2。
具体实施方式
具体实施方式一:如图1所示,本实施方式的异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备,所述磁脉冲成形设备包括磁脉冲控制电路1(用于产生脉冲大电流)、压板一3、绝缘线圈骨架4、线圈5、驱动块7、绝缘套8、金属导套12及压板二11;
所述线圈5置于压板一3的上端面,线圈5为绝缘线圈(线圈5外表面包覆有绝缘材料,为耐高压绝缘材料),线圈5被灌封在绝缘线圈骨架4中,绝缘线圈骨架4与压板一3的上端面固接,所述驱动块7设置在绝缘线圈骨架4上端面,所述金属导套12固定在驱动块7上端面(通过内六角螺栓固定),驱动块7的中心处设有通孔,所述磁脉冲控制电路1的一个输出端与线圈5的一接线端相连,线圈5的另一接线端从绝缘线圈骨架4内伸出,并进入驱动块7的通孔内与驱动块7固接(绝缘线圈骨架4和驱动块7分体设计,增加了工艺实施的灵活性),金属导套12内嵌有绝缘套8,压板二11设置在金属导套12的正上方,磁脉冲成形前,将所述金属杆9的下端嵌入绝缘套8内(线圈5、驱动块7、金属导套12及金属杆9中心线重合),金属杆9的正上方水平设置金属板结构件10,确保大电流顺利导通,电流峰值为10~100kA,金属板结构件10的上端面与压板二11下端面紧密接触(压板一3和压板二11通过液压和气动装置施加足够压力,确保大电流在线圈匝线、金属杆9和金属板结构件10之间顺畅通过),线圈5的所述另一接线端与金属杆9下端面紧密电连接,磁脉冲控制电路1的另一个输出端与所述金属板结构件10相连。
具体实施方式二:结合图1说明,本实施方式所述磁脉冲控制电路1包括高压变压器1-1、整流器1-2、限流电阻器1-3、高压开关1-4、高压脉冲电容器1-5及交流电源1-6;
所述高压变压器1-1的次级线圈1-1-1的一端与整流器1-2的阳极相连,整流器1-2的阴极与限流电阻器1-3的一端相连,限流电阻器1-3的另一端与高压脉冲电容器1-5的正极和高压开关1-4的正极相连,高压开关1-4的负极作为磁脉冲控制电路1的所述一个输出端,高压变压器1-1的次级线圈1-1-1的另一端与电源地、高压脉冲电容器1-5的负极相连并作为磁脉冲控制电路1的所述另一个输出端,高压变压器1-1的初级线圈1-1-2的两端与交流电源1-6的两端相连。通过磁脉冲控制电路1对高压脉冲电容器1-5充电,完成对线圈5放电的准备工作。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图1及图3说明,本实施方式的利用磁脉冲成形设备实现异种金属杆与金属板结构件连接的方法,所述方法步骤是:
步骤一:高压脉冲电容器1-5充电;在所述磁脉冲成形设备内部,外网电压经高压变压器1-1升压后,电压升至1000~5000伏,通过整流器1-2把工频交流电变成直流电,再经过限流电阻器1-3对高压脉冲电容器1-5进行直流充电,高压脉冲电容器1-5电容量为800~4000微法,当充电到预定电压值后断开由高压变压器1-1、整流器1-2、限流电阻器1-3及高压脉冲电容器1-5组成的充电电路,所述预定电压值为1000~5000伏;
步骤二:高压脉冲电容器1-5放电;先将金属杆9的上端面与金属板结构件10的待接触面紧密接触(通过液压或气动力对二者施压,使得金属杆9的上端面与金属板结构件10的待接触面紧密接触,确保大电流顺利导通),接通高压开关1-4,存储在高压脉冲电容器1-5中的电荷通过连接线经线圈匝线放电;
步骤三:金属杆9和金属板结构件10连接;根据平板磁脉冲成形工艺原理(为现有技术),经线圈匝线放电的幅值为10~100kA、周期为50~500微秒的脉冲大电流流经线圈5产生的瞬态变化磁场在驱动块7表层产生感应电流(感应电流高达上百千安培),即涡流,该涡流与线圈5和驱动块7间隙内磁场相互作用,产生推动驱动块7向上运动的脉冲磁场力,该脉冲磁场力产生的脉冲冲击载荷通过驱动块7和金属杆9,作用于金属杆9和金属板结构件10的接触面上,同时,流经线圈5的幅值为10~100kA、周期为50~500微秒的脉冲大电流经金属杆9、金属杆9和金属板结构件10接触面、金属板结构件10和引线,回到高压脉冲电容器1-5负极,由此,在脉冲冲击载荷和脉冲大电流的共同作用下,使金属杆9与金属板结构件10接触面的氧化层破坏,在所述接触面产生瞬时热效应(温度为300~1000℃,提高了接触面金属塑性流动能力)进而产生塑性变形,从而实现了金属杆9与金属板结构件10连接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式二相同。
所述步骤二中,在金属杆9的上端面与金属板结构件10的待接触面紧密接触前,需要将金属杆9两端面及金属板结构件10与金属杆9的待接触面进行去油和除锈处理。
具体实施方式四:结合图2说明,本实施方式的异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备,所述磁脉冲成形设备包括磁脉冲控制电路1(用于产生脉冲大电流)、压板一3、绝缘线圈骨架4、线圈5、驱动块7、绝缘套8、金属导套12及压板二11;
所述线圈5置于压板一3的下端面,线圈5为绝缘线圈(线圈5外表面包覆有绝缘材料,外表面包覆有绝缘材料,为耐高压绝缘材料),线圈5被灌封在绝缘线圈骨架4中,绝缘线圈骨架4与压板一3的下端面固接,所述驱动块7设置在绝缘线圈骨架4下端面,所述金属导套12设置在驱动块7下端且二者制为一体,所述磁脉冲控制电路1的一个输出端与线圈5的一接线端相连,金属导套12内嵌有绝缘套8,压板二11设置在金属导套12的正下方,磁脉冲成形前,将所述金属杆9的上端嵌入绝缘套8内(线圈5、驱动块7、金属导套12及金属杆9中心线重合),金属杆9的正下方水平设置金属板结构件10(确保幅值为10~100kA、周期为50~500微秒的脉冲大电流顺利导通),金属板结构件10的下端面与压板二11上端面紧密接触(压板一3和压板二11通过液压和气动装置施加足够压力,确保大电流在线圈匝线、金属杆9和金属板结构件10之间顺畅通过),线圈5的另一接线端与金属杆9紧固连接,磁脉冲控制电路1的另一个输出端与所述金属板结构件10相连。
具体实施方式五:结合图2说明,本实施方式所述磁脉冲控制电路1包括高压变压器1-1、整流器1-2、限流电阻器1-3、高压开关1-4、高压脉冲电容器1-5及交流电源1-6;
所述高压变压器1-1的次级线圈1-1-1的一端与整流器1-2的阳极相连,整流器1-2的阴极与限流电阻器1-3的一端相连,限流电阻器1-3的另一端与高压脉冲电容器1-5的正极和高压开关1-4的正极相连,高压开关1-4的负极作为磁脉冲控制电路1的所述一个输出端,高压变压器1-1的次级线圈1-1-1的另一端与电源地、高压脉冲电容器1-5的负极相连并作为磁脉冲控制电路1的所述另一个输出端,高压变压器1-1的初级线圈1-1-2的两端与交流电源1-6的两端相连。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式四相同。
具体实施方式六:结合图2及图3说明,本实施方式的利用磁脉冲成形设备实现异种金属杆与金属板结构件连接的方法,所述方法步骤是:
步骤一:高压脉冲电容器1-5充电;在所述磁脉冲成形设备内部,外网电压经高压变压器1-1升压后,电压升至1000~5000伏,通过整流器1-2把工频交流电变成直流电,再经过限流电阻器1-3对高压脉冲电容器1-5进行直流充电,高压脉冲电容器1-5电容量为800~4000微法,当充电到预定电压值后断开由高压变压器1-1、整流器1-2、限流电阻器1-3及高压脉冲电容器1-5组成的充电电路,所述预定电压值为1000~5000伏;
步骤二:高压脉冲电容器1-5放电;先将金属杆9的下端面与金属板结构件10的待接触面紧密接触(通过液压或气动力对二者施压,使得金属杆9的下端面与金属板结构件10的待接触面紧密接触,确保大电流顺利导通),接通高压开关1-4,存储在高压脉冲电容器1-5中的电荷通过连接线经线圈匝线放电;
步骤三:金属杆9和金属板结构件10连接;根据平板磁脉冲成形工艺原理(为现有技术),经线圈匝线放电的幅值为10~100kA、周期为50~500微秒的脉冲大电流流经线圈5产生的瞬态变化磁场在驱动块7表层产生感应电流(感应电流高达上百千安培),即涡流,该涡流与线圈5和驱动块7间隙内磁场相互作用,产生推动驱动块7向下运动的脉冲磁场力,该脉冲磁场力产生的脉冲冲击载荷通过驱动块7和金属杆9,作用于金属杆9和金属板结构件10的接触面上,同时,流经线圈5的幅值为10~100kA、周期为50~500微秒的脉冲大电流经金属杆9、金属杆9和金属板结构件10接触面、金属板结构件10和引线,回到高压脉冲电容器1-5负极,由此,在脉冲冲击载荷和脉冲大电流的共同作用下,使金属杆9与金属板结构件10接触面的氧化层破坏,在所述接触面产生瞬时热效应(温度为300~1000℃,提高了接触面金属塑性流动能力)进而产生塑性变形,从而实现了金属杆9与金属板结构件10连接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式五相同。
所述步骤一中,在接通所述高压开关1-4之前,将金属杆9两端面及金属板结构件10与金属杆9的待接触面进行去油和除锈处理。
具体实施方式一和四中,所述线圈5由矩形截面、高导电率的紫铜匝线绕制而成;驱动块7的材质为铜合金,铜合金具有高强度、高导电率的特点。
具体实施方式一和四中,所述压板一3为玻璃丝布环氧树脂层压板,抗拉强度为260MPa,抗压强度为300MPa。
实施例1
利用本发明的磁脉冲成形设备及方法可实现直径为10mm的2A10铝合金圆柱形杆与厚度为5mm的20号碳钢板连接。
实施例2
利用本发明的磁脉冲成形设备及方法可实现直径为8mm的20号圆柱形钢杆与厚度为5mm的T2紫铜板连接。
工作原理:本发明把脉冲大电流和瞬时冲击载荷同时作用于异种金属杆和金属板结构件,从而获得室温下的固态连接接头,实现异种金属杆与金属板结构件焊接。

Claims (10)

1.一种异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备,其特征在于:所述磁脉冲成形设备包括磁脉冲控制电路(1)、压板一(3)、绝缘线圈骨架(4)、线圈(5)、驱动块(7)、绝缘套(8)、金属导套(12)及压板二(11);
所述线圈(5)置于压板一(3)的上端面,线圈(5)为绝缘线圈,线圈(5)被灌封在绝缘线圈骨架(4)中,绝缘线圈骨架(4)与压板一(3)的上端面固接,所述驱动块(7)设置在绝缘线圈骨架(4)上端面,所述金属导套(12)固定在驱动块(7)上端面,驱动块(7)的中心处设有通孔,所述磁脉冲控制电路(1)的一个输出端与线圈(5)的一接线端相连,线圈(5)的另一接线端从绝缘线圈骨架(4)内伸出,并进入驱动块(7)的通孔内与驱动块(7)固接,金属导套(12)内嵌有绝缘套(8),压板二(11)设置在金属导套(12)的正上方,磁脉冲成形前,将所述金属杆(9)的下端嵌入绝缘套(8)内,金属杆(9)的正上方水平设置金属板结构件(10),金属板结构件(10)的上端面与压板二(11)下端面紧密接触,线圈(5)的所述另一接线端与金属杆(9)下端面紧密电连接,磁脉冲控制电路(1)的另一个输出端与所述金属板结构件(10)相连。
2.根据权利要求1所述异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备,其特征在于:所述磁脉冲控制电路(1)包括高压变压器(1-1)、整流器(1-2)、限流电阻器(1-3)、高压开关(1-4)、高压脉冲电容器(1-5)及交流电源(1-6);
所述高压变压器(1-1)的次级线圈(1-1-1)的一端与整流器(1-2)的阳极相连,整流器(1-2)的阴极与限流电阻器(1-3)的一端相连,限流电阻器(1-3)的另一端与高压脉冲电容器(1-5)的正极和高压开关(1-4)的正极相连,高压开关(1-4)的负极作为磁脉冲控制电路(1)的所述一个输出端,高压变压器(1-1)的次级线圈(1-1-1)的另一端与电源地、高压脉冲电容器(1-5)的负极相连并作为磁脉冲控制电路(1)的所述另一个输出端,高压变压器(1-1)的初级线圈(1-1-2)的两端与交流电源(1-6)的两端相连。
3.根据权利要求1或2所述异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备,其特征在于:所述压板一(3)为玻璃丝布环氧树脂层压板。
4.一种利用权利要求2所述磁脉冲成形设备实现异种金属杆与金属板结构件连接的方法,其特征在于:所述方法步骤是:
步骤一:高压脉冲电容器(1-5)充电;在所述磁脉冲成形设备内部,外网电压经高压变压器(1-1)升压后,电压升至1000~5000伏,通过整流器(1-2)把工频交流电变成直流电,再经过限流电阻器(1-3)对高压脉冲电容器(1-5)进行直流充电,高压脉冲电容器(1-5)电容量为800~4000微法,当充电到预定电压值后断开由高压变压器(1-1)、整流器(1-2)、限流电阻器(1-3)及高压脉冲电容器(1-5)组成的充电电路,所述预定电压值为1000~5000伏;
步骤二:高压脉冲电容器(1-5)放电;先将金属杆(9)的上端面与金属板结构件(10)的待接触面紧密接触,接通高压开关(1-4),存储在高压脉冲电容器(1-5)中的电荷通过连接线经线圈匝线放电;
步骤三:金属杆(9)和金属板结构件(10)连接;根据平板磁脉冲成形工艺原理,经线圈匝线放电的幅值为10~100kA、周期为50~500微秒的脉冲大电流流经线圈(5)产生的瞬态变化磁场在驱动块(7)表层产生感应电流,即涡流,该涡流与线圈(5)和驱动块(7)间隙内磁场相互作用,产生推动驱动块(7)向上运动的脉冲磁场力,该脉冲磁场力产生的脉冲冲击载荷通过驱动块(7)和金属杆(9),作用于金属杆(9)和金属板结构件(10)的接触面上,同时,流经线圈(5)的幅值为10~100kA、周期为50~500微秒的脉冲大电流经金属杆(9)、金属杆(9)和金属板结构件(10)接触面、金属板结构件(10)和引线,回到高压脉冲电容器(1-5)负极,由此,在脉冲冲击载荷和脉冲大电流的共同作用下,使金属杆(9)与金属板结构件(10)接触面的氧化层破坏,在所述接触面产生瞬时热效应,进而产生塑性变形,从而实现了金属杆(9)与金属板结构件(10)连接。
5.根据权利要求4所述异种金属杆与金属板结构件连接的方法,其特征在于:所述步骤一中,在接通所述高压开关(1-4)之前,将金属杆(9)两端面及金属板结构件(10)与金属杆(9)的待接触面进行去油和除锈处理。
6.一种异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备,其特征在于:所述磁脉冲成形设备包括磁脉冲控制电路(1)、压板一(3)、绝缘线圈骨架(4)、线圈(5)、驱动块(7)、绝缘套(8)、金属导套(12)及压板二(11);
所述线圈(5)置于压板一(3)的下端面,线圈(5)为绝缘线圈,线圈(5)被灌封在绝缘线圈骨架(4)中,绝缘线圈骨架(4)与压板一(3)的下端面固接,所述驱动块(7)设置在绝缘线圈骨架(4)下端面,所述金属导套(12)设置在驱动块(7)下端且二者制为一体,所述磁脉冲控制电路(1)的一个输出端与线圈(5)的一接线端相连,金属导套(12)内嵌有绝缘套(8),压板二(11)设置在金属导套(12)的正下方,磁脉冲成形前,将所述金属杆(9)的上端嵌入绝缘套(8)内,金属杆(9)的正下方水平设置金属板结构件(10),金属板结构件(10)的下端面与压板二(11)上端面紧密接触,线圈(5)的另一接线端与金属杆(9)紧固连接,磁脉冲控制电路(1)的另一个输出端与所述金属板结构件(10)相连。
7.根据权利要求6所述异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备,其特征在于:所述磁脉冲控制电路(1)包括高压变压器(1-1)、整流器(1-2)、限流电阻器(1-3)、高压开关(1-4)、高压脉冲电容器(1-5)及交流电源(1-6);
所述高压变压器(1-1)的次级线圈(1-1-1)的一端与整流器(1-2)的阳极相连,整流器(1-2)的阴极与限流电阻器(1-3)的一端相连,限流电阻器(1-3)的另一端与高压脉冲电容器(1-5)的正极和高压开关(1-4)的正极相连,高压开关(1-4)的负极作为磁脉冲控制电路(1)的所述一个输出端,高压变压器(1-1)的次级线圈(1-1-1)的另一端与电源地、高压脉冲电容器(1-5)的负极相连并作为磁脉冲控制电路(1)的所述另一个输出端,高压变压器(1-1)的初级线圈(1-1-2)的两端与交流电源(1-6)的两端相连。
8.根据权利要求6或7所述异种金属杆与金属板结构件连接的磁脉冲成形设备,其特征在于:所述压板一(3)为玻璃丝布环氧树脂层压板。
9.一种利用权利要求7所述磁脉冲成形设备实现异种金属杆与金属板结构件连接的方法,其特征在于:所述方法步骤是:
步骤一:高压脉冲电容器(1-5)充电;在所述磁脉冲成形设备内部,外网电压经高压变压器(1-1)升压后,电压升至1000~5000伏,通过整流器(1-2)把工频交流电变成直流电,再经过限流电阻器(1-3)对高压脉冲电容器(1-5)进行直流充电,高压脉冲电容器(1-5)电容量为800~4000微法,当充电到预定电压值后断开由高压变压器(1-1)、整流器(1-2)、限流电阻器(1-3)及高压脉冲电容器(1-5)组成的充电电路,所述预定电压值为1000~5000伏;
步骤二:高压脉冲电容器(1-5)放电;先将金属杆(9)的下端面与金属板结构件(10)的待接触面紧密接触,接通高压开关(1-4),存储在高压脉冲电容器(1-5)中的电荷通过连接线经线圈匝线放电;
步骤三:金属杆(9)和金属板结构件(10)连接;根据平板磁脉冲成形工艺原理,经线圈匝线放电的幅值为10~100kA、周期为50~500微秒的脉冲大电流流经线圈(5)产生的瞬态变化磁场在驱动块(7)表层产生感应电流,即涡流,该涡流与线圈(5)和驱动块(7)间隙内磁场相互作用,产生推动驱动块(7)向下运动的脉冲磁场力,该脉冲磁场力产生的脉冲冲击载荷通过驱动块(7)和金属杆(9),作用于金属杆(9)和金属板结构件(10)的接触面上,同时,流经线圈(5)的幅值为10~100kA、周期为50~500微秒的脉冲大电流经金属杆(9)、金属杆(9)和金属板结构件(10)接触面、金属板结构件(10)和引线,回到高压脉冲电容器(1-5)负极,由此,在脉冲冲击载荷和脉冲大电流的共同作用下,使金属杆(9)与金属板结构件(10)接触面的氧化层破坏,在所述接触面产生瞬时热效应,进而产生塑性变形,从而实现了金属杆(9)与金属板结构件(10)连接。
10.根据权利要求9所述异种金属杆与金属板结构件连接的方法,其特征在于:所述步骤一中,在接通所述高压开关(1-4)之前,将金属杆(9)两端面及金属板结构件(10)与金属杆(9)的待接触面进行去油和除锈处理。
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