磁脉冲焊接线圈与放电开关的优化及实验研究

发布时间：2021-06-05 04:49

　　磁脉冲焊接技术是一种新型的焊接技术,可实现异种轻量金属的焊接,弥补传统焊接的不足,且整个焊接过程无废料的产生,对坏境友好,满足国家智能制造和环保的需求。但目前磁脉冲焊接的工作效率较低,焊接效果不理想,限制了磁脉冲焊接技术的工业应用。磁脉冲焊接技术的工作原理主要为:脉冲电流流过工作线圈,线圈周围产生的磁场,使内部的工件受到洛伦兹力的作用加速运动撞击基板,形成焊接。整个过程中工作线圈形状决定飞板与基板碰撞时的碰撞角度,系统的放电电流决定了工件移动的速度与加速度,两者都对焊接效果有着重要的影响。故为了提高磁脉冲焊接技术的工作效率与焊接效果,扩大磁脉冲焊接技术的应用范围,本文首先介绍了磁脉冲焊接的形成机理以及影响因素,随后对磁脉冲焊接电气系统中的影响因素进行分析与优化。本文首先对常见的集磁器进行了简化数值分析,计算出内部管件的磁场与涡流大小,并在常见集磁器形状的基础上进行改进,设计了凹型集磁器,采用ANSOFT MAXWELL软件对凹型集磁器与常见集磁器进行了对比仿真,发现采用凹型集磁器提高了焊接区域磁场强度,凹型集磁器具有更高的形状参数,通过实验也验证了仿真结果的正确性。其次对平板焊接中常用... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

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松散耦合流程图

重庆大学硕士学位论文4应变分布[26]。J.Unger等人在Oliveira的基础上建立了结构、电磁与温度场3D耦合模型，考虑了三个物理场之间的相互作用[27]-[29]。Uhlmann等人建立了板材变形过程中对称与非对称的有限元分析模型[30]。邱立等人进一步分析了工件的动态电磁模型，实现大工件变形过程电磁、结构场耦合[7]。崔晓辉，莫建华等人利用ANSYS软件，建立了磁脉冲成形过程中电磁场-结构场之间迭代耦合3D模型[31]。Zhang等人用LS-DANA软件对磁脉冲焊接过程进行仿真，预测了焊接过程中焊接界面的碰撞速度和温度分布[32]。对磁脉冲焊接分析的方法也开始由松散耦合法逐渐贴近顺序耦合法，由对磁脉冲焊接的静态分析转向动态分析。顺序耦合法又称为全耦合法[33],该方法是先从电磁场的分析结果中得到工件每个节点的力大小，然后将各个节点力代入到相应的结构场中，从结构场中得到工件的变形过程[34-35]。随后再根据工件的变形，更新电磁场中的模型分布，进行下一步的电磁场，反复迭代直至达到要求的精度后结束，顺序耦合法整个流程如图1.2所示。由于顺序耦合法实现了电磁场和结构场之间的双向耦合，其分析结果相对松散耦合法精度较高。图1.2顺序耦合法流程图[35]Fig.1.2Flowchartofsequentialcouplingmethod[35]②线圈和集磁器形状焊接过程中，焊接工件将受到极大的洛伦兹力，由于力的相互作用，工作线圈也会受到相同大小的反作用力，导致工作线圈易炸裂，变形损坏，故磁脉冲焊

重庆大学硕士学位论文6(a)集磁器示意图(b)不对称集磁器电流示意图[40]图1.3集磁器示意图Fig.1.3Fieldshaperdiagram图1.4集磁器发展过程Fig.1.4Thedevelopmentprocessoffieldshaper目前多采用集磁器和线圈配合对焊接工件进行加工，将外部线圈中的多匝电流通过电磁感应，集中到焊接工作区，使更多的电流分布在所需要的焊接位置，减少电流的分散提高焊接区域的磁场强度[6]。并通过集磁器减少线圈受到的作用力，延长了线圈的使用寿命，并且在线圈不变的条件下，采用不同尺寸的集磁器


本文编号：3211469