CN216990320U - 线圈感应辅助电磁脉冲焊接管件的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出线圈感应辅助电磁脉冲焊接管件的装置，包括集磁器和与集磁器紧邻的加热器；所述集磁器包括可容置第一管件焊接端和第二管件焊接端的励磁装置；所述加热器包括可穿置第一管件并对其加热的感应加热线圈；当进行焊接时，第一管件穿置于感应加热线圈处，第一管件的焊接端、第二管件的焊接端均置于集磁器的励磁装置内，当感应加热线圈把第一管件的温度加热至阈值范围时，感应加热线圈先断电，然后立即对励磁装置通电，使第一管件在磁力驱动下撞击第二管件以完成电磁焊接；本实用新型有利于降低外管件的强度，提高其撞击速度，形成良好的碰撞角度，提升异种金属管件焊接接头质量，扩大电磁脉冲焊接的适用范围。

Description

线圈感应辅助电磁脉冲焊接管件的装置

技术领域

本实用新型涉及焊接技术领域，尤其是线圈感应加热辅助电磁脉冲焊接高强度管件的装置。

背景技术

传统方法难以针对高强度外管进行连接。多数学者采用对外管退火软化工艺进行预处理，工序复杂，效率低下。

由于社会的快速发展，资源的消耗巨大，国家不断地在推出节能降耗减排政策，各行各业都积极地进行节约资源与降低能源消耗。在航天航空、冶金、军事、制冷、机械等领域，一些复合材料零部件的使用可以大大的降低资源的损耗、成本造价，同时采用合适的方法生产这些复合材料零部件也能起到节约能源、保护环境的作用。

对于物性差别很大的异种材料，如钢\铜、钢\铝等，采用传统的焊接方法钎焊、电弧焊、电子束焊、激光焊、摩擦焊、爆炸焊等进行焊接的异种接头易出现渗透裂缝、焊缝裂纹、气孔、气泡等情况，这很大程度上降低了接头的性能，对于异种接头的实际应用非常不利，同时焊接方法会存在操作难、不安全、能耗高等情况，这大大降低了异种金属接头的生产效率，也不符合节能环保的理念。

磁脉冲焊接技术是基于磁脉冲成型技术形成的一种焊接技术，在异种焊接方面具有很多优势，例如焊接过程很短；环保无污染；可应用于异种金属以及金属与非金属的焊接；没有明显的热影响区，焊接接头强度接近于母材强度；操作简单、安全；能量容易控制，重复性好。但对于一些屈服强度较高的外管件，由于技术的限制，有时电磁脉冲焊接设备没有足够大的功率来对其进行焊接。

发明内容

本实用新型提出线圈感应加热辅助电磁脉冲焊接高强度管件的装置，有利于降低外管件的强度，提高其撞击速度，形成良好的碰撞角度，提升异种金属管件焊接接头质量，扩大电磁脉冲焊接的适用范围。

本实用新型采用以下技术方案。

线圈感应加热辅助电磁脉冲焊接高强度管件的装置，用于在电磁脉冲焊接前降低外管件强度，以通过电磁脉冲焊接实现高强度管件之间的冶金连接，所述装置包括集磁器（5）和与集磁器紧邻的加热器（6）；所述集磁器包括可容置第一管件（3）焊接端和第二管件（7）焊接端的励磁装置；所述加热器包括可穿置第一管件并对其加热的感应加热线圈；所述感应加热线圈的内径大于第一管件的外径；当进行焊接时，第一管件穿置于感应加热线圈处，第一管件（3）的焊接端、第二管件（7）的焊接端均置于集磁器的励磁装置内，当感应加热线圈把第一管件的温度加热至阈值范围时，感应加热线圈先断电，然后立即对励磁装置通电，使第一管件在磁力驱动下撞击第二管件以完成电磁焊接。

所述电磁脉冲焊接用于外管与内管之间的冶金连接；所述第一管件为外管；所述第二管件为内管，当进行焊接时，内管端部插入外管端部。

所述感应加热线圈与低功率感应加热电路（8）相连，感应加热线圈的内径大于第一管件的外径3厘米至5厘米；所述低功率感应加热电路为基于零电压软开关技术的控制电路；当进行焊接时，感应加热线圈在外管产生感应涡流以对外管加热。

所述集磁器的励磁装置内壁、外管焊接端的端口均呈锥面形状；所述内管焊接端的端部呈斜坡形或台阶形。

当进行焊接时，内管端部插入外管端部；外管焊接端的端部边沿与集磁器远端边沿对齐；所述外管焊接端的端口与集磁器内壁平行且间隙为1-3mm，外管焊接端的端口不在感应加热线圈的直接加热区域内。

当进行焊接时，所述外管、感应加热线圈、集磁器、励磁装置、内管的轴心位于同一直线上。

当进行焊接时，外管撞击内管的速度大于声速。

当进行焊接时，外管、内管通过管件固定部件固定于导轨（10）上，且两管的相对位置可调；所述管件固定部件包括夹具（1）、紧固件（2）、支撑杆（9）、滑块（11）。

线圈感应加热辅助电磁脉冲焊接高强度管件的方法，采用线圈感应加热辅助电磁脉冲焊接高强度管件的装置，包括以下操作步骤；

步骤A1、对外管的内径表面连接区域、内管的外径表面连接区域进行用砂纸、车床进行抛光出除表面氧化膜，同时使用酒精擦拭来除去表面的污垢；

步骤A2、将内管、外管通过管件固定部件进行固定，同时根据焊接要求通过导轨将管件调整到所需位置等待加热与焊接；

步骤A3、通过感应加热线圈对外管进行加热，待外管焊接区域被加热到目标温度之后，立即结束加热；

步骤A4、结束加热后马上打开电磁脉冲焊接开关，高压直流电源对脉冲电容充进行充电，充电结束后脉冲电容释放出高频衰减的交流电流到集磁器励磁装置外的线圈部件，使得外管件焊接区域高速撞向内管，使两管的碰撞区域表面产生高速射流，清洁结合面氧化层并发生高应变速率的金属剪切塑性变形，使得两管金属表面之间形成冶金结合；

步骤A5、焊接结束后待管件温度冷却下来再将焊接好的管件取下，焊接完成。

所述集磁器的励磁装置设有可使外径表面的电流流向面积更小的内径表面的缝隙；

当集磁器励磁装置外的线圈部件通电时，在涡流效应下，集磁器励磁装置外径表面随之产生感应电流；外径表面的电流流向面积更小的内径表面时，电流密度变大；在该感应电流作用下，外管表面同样产生高强度感应电流，该感应电流产生的磁场和励磁装置的感应磁场相互作用，产生的洛伦兹力使得外管件焊接区域高速撞向内管。

本实用新型提出了新的焊前外管件退火软化预处理方法，针对强度较高的外管件（紫铜、黄铜、铝合金等），有利于降低外管件的强度，提高其撞击速度，形成良好的碰撞角度，提升异种金属管件焊接接头质量，扩大电磁脉冲焊接的适用范围。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该实用新型设计出电磁脉冲焊接之前对外管件进行热处理软化的方法，能够在加热阶段结束后立刻对管件进行焊接，大大提高了焊接的成功率，扩大了电磁脉冲焊接设备的使用范围。

由于高温下的金属材料的励磁效果差，因此本实用新型在焊接时，把外管端部的扩口置于集磁器内，避免受热，使得焊接时仍能使外管保持良好的励磁效果以进行电磁冲击，而外管的受热区在加热后的强度降低，因此可以良好地进行电磁脉冲焊接。

在本实用新型所述焊接方法中，当感应加热线圈把第一管件的温度加热至阈值范围时，感应加热线圈先断电，再使励磁装置通电，这样可以避免外管内部不同感应电流的磁场之间产生干扰，有利于保障焊接效果。

由于本实用新型在焊接前预先以电磁涡流对外管加热，因此可使受热区域温度均匀，而在焊接撞击时，由于外管焊接部位因升温而强度降低，因此外管的姿态会根据撞击力量自动微调，形成更合理的碰撞角度，有利于优化焊接效果。

传统的电磁脉冲焊接属于压焊，需要极大的电磁力实现内外管连接；因而当外管为强度较高的铜管、钢管时，难以实现连接；本实用新型采用低功率感应加热线圈对外管进行预热软化处理，能在适当的电磁力作用下即可以实现内外管的有效连接。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

附图1是本实用新型的示意图；

附图2是外管穿置于加热器处的示意图；

附图3是本实用新型的俯视向示意图；

图中：1-夹具；2-紧固件；3-第一管件；4-集磁器励磁装置外的线圈部件（焊接线圈）；5-集磁器；6-加热器；7-第二管件；8-加热电路；9-支撑杆；10-导轨；11-滑块。

具体实施方式

如图所示，线圈感应加热辅助电磁脉冲焊接高强度管件的装置，用于在电磁脉冲焊接前降低外管件强度，以通过电磁脉冲焊接实现高强度管件之间的冶金连接，所述装置包括集磁器5和与集磁器紧邻的加热器6；所述集磁器包括可容置第一管件3焊接端和第二管件7焊接端的励磁装置；所述加热器包括可穿置第一管件并对其加热的感应加热线圈；所述感应加热线圈的内径大于第一管件的外径；当进行焊接时，第一管件穿置于感应加热线圈处，第一管件3的焊接端、第二管件7的焊接端均置于集磁器的励磁装置内，当感应加热线圈把第一管件的温度加热至阈值范围时，感应加热线圈先断电，然后立即对励磁装置通电，使第一管件在磁力驱动下撞击第二管件以完成电磁焊接。

所述电磁脉冲焊接用于外管与内管之间的冶金连接；所述第一管件为外管；所述第二管件为内管，当进行焊接时，内管端部插入外管端部。

所述感应加热线圈与低功率感应加热电路8相连，感应加热线圈的内径大于第一管件的外径3厘米至5厘米；所述低功率感应加热电路为基于零电压软开关技术的控制电路；当进行焊接时，感应加热线圈在外管产生感应涡流以对外管加热。

所述集磁器的励磁装置内壁、外管焊接端的端口均呈锥面形状；所述内管焊接端的端部呈斜坡形或台阶形。

当进行焊接时，内管端部插入外管端部；外管焊接端的端部边沿与集磁器远端边沿对齐；所述外管焊接端的端口与集磁器内壁平行且间隙为1-3mm，外管焊接端的端口不在感应加热线圈的直接加热区域内。

当进行焊接时，所述外管、感应加热线圈、集磁器、励磁装置、内管的轴心位于同一直线上。

当进行焊接时，外管撞击内管的速度大于声速。

当进行焊接时，外管、内管通过管件固定部件固定于导轨10上，且两管的相对位置可调；所述管件固定部件包括夹具1、紧固件2、支撑杆9、滑块11。

线圈感应加热辅助电磁脉冲焊接高强度管件的方法，采用线圈感应加热辅助电磁脉冲焊接高强度管件的装置，包括以下操作步骤；

步骤A1、对外管的内径表面连接区域、内管的外径表面连接区域进行用砂纸、车床进行抛光出除表面氧化膜，同时使用酒精擦拭来除去表面的污垢；

步骤A2、将内管、外管通过管件固定部件进行固定，同时根据焊接要求通过导轨将管件调整到所需位置等待加热与焊接；

步骤A3、通过感应加热线圈对外管进行加热，待外管焊接区域被加热到目标温度之后，立即结束加热；

步骤A4、结束加热后马上打开电磁脉冲焊接开关，高压直流电源对脉冲电容充进行充电，充电结束后脉冲电容释放出高频衰减的交流电流到集磁器励磁装置外的线圈部件，使得外管件焊接区域高速撞向内管，使两管的碰撞区域表面产生高速射流，清洁结合面氧化层并发生高应变速率的金属剪切塑性变形，使得两管金属表面之间形成冶金结合；

步骤A5、焊接结束后待管件温度冷却下来再将焊接好的管件取下，焊接完成。

所述集磁器的励磁装置设有可使外径表面的电流流向面积更小的内径表面的缝隙；

当集磁器励磁装置外的线圈部件4通电时，在涡流效应下，集磁器励磁装置外径表面随之产生感应电流；外径表面的电流流向面积更小的内径表面时，电流密度变大；在该感应电流作用下，外管表面同样产生高强度感应电流，该感应电流产生的磁场和励磁装置的感应磁场相互作用，产生的洛伦兹力使得外管件焊接区域高速撞向内管。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.线圈感应辅助电磁脉冲焊接管件的装置，用于在电磁脉冲焊接前降低外管件强度，以通过电磁脉冲焊接实现高强度管件之间的冶金连接，其特征在于：所述装置包括集磁器（5）和与集磁器紧邻的加热器（6）；所述集磁器包括可容置第一管件（3）焊接端和第二管件（7）焊接端的励磁装置；所述加热器包括可穿置第一管件并对其加热的感应加热线圈；所述感应加热线圈的内径大于第一管件的外径；当进行焊接时，第一管件穿置于感应加热线圈处，第一管件（3）的焊接端、第二管件（7）的焊接端均置于集磁器的励磁装置内，当感应加热线圈把第一管件的温度加热至阈值范围时，感应加热线圈先断电，然后立即对励磁装置通电，使第一管件在磁力驱动下撞击第二管件以完成电磁焊接。

2.根据权利要求1所述的线圈感应辅助电磁脉冲焊接管件的装置，其特征在于：所述电磁脉冲焊接用于外管与内管之间的冶金连接；所述第一管件为外管；所述第二管件为内管，当进行焊接时，内管端部插入外管端部。

3.根据权利要求1所述的线圈感应辅助电磁脉冲焊接管件的装置，其特征在于：所述感应加热线圈与低功率感应加热电路（8）相连，感应加热线圈的内径大于第一管件的外径3厘米至5厘米；所述低功率感应加热电路为基于零电压软开关技术的控制电路；当进行焊接时，感应加热线圈在外管产生感应涡流以对外管加热。

4.根据权利要求2所述的线圈感应辅助电磁脉冲焊接管件的装置，其特征在于：所述集磁器的励磁装置内壁、外管焊接端的端口均呈锥面形状；所述内管焊接端的端部呈斜坡形或台阶形。

5.根据权利要求4所述的线圈感应辅助电磁脉冲焊接管件的装置，其特征在于：当进行焊接时，内管端部插入外管端部；外管焊接端的端部边沿与集磁器远端边沿对齐；所述外管焊接端的端口与集磁器内壁平行且间隙为1-3mm，外管焊接端的端口不在感应加热线圈的直接加热区域内。

6.根据权利要求5所述的线圈感应辅助电磁脉冲焊接管件的装置，其特征在于：当进行焊接时，所述外管、感应加热线圈、集磁器、励磁装置、内管的轴心位于同一直线上。

7.根据权利要求4所述的线圈感应辅助电磁脉冲焊接管件的装置，其特征在于：当进行焊接时，外管撞击内管的速度大于声速。

8.根据权利要求2所述的线圈感应辅助电磁脉冲焊接管件的装置，其特征在于：当进行焊接时，外管、内管通过管件固定部件固定于导轨（10）上，且两管的相对位置可调；所述管件固定部件包括夹具（1）、紧固件（2）、支撑杆（9）、滑块（11）。

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