電磁脈沖焊接的高速成像和數(shù)值模擬的過(guò)程洞察

瀏覽次數(shù)：340　發(fā)布日期：2025-12-29　來(lái)源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

（論文部分內(nèi)容摘抄）

一般來(lái)說(shuō)，大多數(shù)關(guān)于沖擊焊接機(jī)理的研究都基于對(duì)焊接過(guò)程后接合區(qū)域的調(diào)查，主要是通過(guò)破壞性試驗(yàn)。尚未對(duì)接合過(guò)程本身進(jìn)行詳細(xì)分析，特別是關(guān)于電磁脈沖焊接的分析，因而導(dǎo)致缺乏了解。因此，接合區(qū)的設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)幾乎完全是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)得出的。

借助于一種特殊的圖像增強(qiáng)器相機(jī)和一束照明接頭區(qū)域的激光器，對(duì)電磁脈沖焊接中沖擊的可視化進(jìn)行了新的嘗試。在一個(gè)工件內(nèi)可以發(fā)現(xiàn)有較大應(yīng)變率(金屬的液態(tài)行為)的區(qū)域和相對(duì)較小的應(yīng)變率的區(qū)域。將討論是否能夠借助至少在宏觀尺度上足夠精確的模擬獲得工藝參數(shù)的問(wèn)題。

沖擊焊是一種即使在不同金屬之間也能實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合的工藝。爆炸焊接是幾十年前的第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用。它利用強(qiáng)力炸藥的爆炸波，可以連接更大的區(qū)域，因此主要用于包覆。一個(gè)重要的應(yīng)用是生產(chǎn)容器，特別是用于化學(xué)工業(yè)，例如，在化學(xué)工業(yè)中，高強(qiáng)度鋼與耐腐蝕金屬結(jié)合在一起。如今，必要的線圈和脈沖發(fā)生器符合工業(yè)要求的壽命。電磁脈沖焊的主要應(yīng)用是建造混合空間框架、高壓容器的氣密密封或電動(dòng)交通用鋁銅之間的低歐姆接頭。

射流的厚度和波狀界面的振幅與其他尺寸相比較小。可以增加元素的大小和最大應(yīng)變率較低，因?yàn)榇髴?yīng)變率(和應(yīng)變)的區(qū)域只是元素的一小部分。

高速成像：

由于實(shí)際的撞擊和關(guān)節(jié)的形成發(fā)生在幾微秒內(nèi)，傳統(tǒng)的高速攝影機(jī)很難捕捉到這一過(guò)程。因此，這些研究工作，使用（元奧儀器pco.dicam）超高速像增強(qiáng)相機(jī)。它允許納秒范圍內(nèi)的曝光時(shí)間和幀延遲，空間分辨率仍然非常高，最高可達(dá)1000像素以上。

在拍攝撞擊時(shí)，除了高速之外，還有兩個(gè)障礙物，撞擊過(guò)程中一束明亮的閃光覆蓋了實(shí)際的關(guān)節(jié)區(qū)域。精確觸發(fā)是第個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)闄C(jī)械技術(shù)不允許預(yù)觸發(fā)，由于快速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，精確測(cè)量瞬時(shí)角度幾乎是不可能的。

可以通過(guò)研究傳統(tǒng)焊接工藝時(shí)也使用的技巧來(lái)抑制明亮的工藝閃光。由于強(qiáng)光通常是白色的，因此可以得出結(jié)論，其強(qiáng)度幾乎持續(xù)分布在所有(可見)波長(zhǎng)上。高速圖像必須使用的光源僅發(fā)射小波長(zhǎng)范圍的光。其強(qiáng)度比過(guò)程強(qiáng)光大得多，即使后者對(duì)人眼來(lái)說(shuō)看起來(lái)更亮。

如圖顯示了在使用帶通濾波器和不使用帶通過(guò)濾器完成沖擊后立即進(jìn)行的兩個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)中的過(guò)程�？梢郧宄乜吹�，如果沒有過(guò)濾器，要詳細(xì)探究影響幾乎是不可能的。

兩塊銅片(Cu-ETP，厚度1mm)之間的焊縫表現(xiàn)出不同的特性:光發(fā)射和壓力波都不受周圍大氣的顯著影響。在這兩種情況下，它可以與性氣體鋁焊縫相媲美。

介紹了能夠在明確定義的條件下以安全的方式研究沖擊焊接過(guò)程的實(shí)驗(yàn)裝置。對(duì)撞擊的數(shù)值近似進(jìn)行了描述，并討論了參數(shù)研究的結(jié)果。

最后，研究表明慣性似乎起著重要的作用。提出了一種通過(guò)高速成像觀察實(shí)際焊接過(guò)程的很有前途的方法，并討論了第一張圖像。它們可以更仔細(xì)地研究焊接區(qū)域。進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以了解更多的射流形成和過(guò)程眩光。

德國(guó)Excelitas PCO公司pco.dicam相機(jī)，具備高分辨率、高感光度、快速幀重復(fù)率、精確捕捉超快速過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)，將可實(shí)現(xiàn)高效的單光子檢測(cè)，為實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。

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