異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備及方法
【專利摘要】異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備及方法，屬于異種金屬材料連接領(lǐng)域。通過把平板線圈電流和瞬時沖擊載荷同時引入到金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件焊接中，以克服電容放電焊所用外壓力僅用于限位的不足，改變電容放電焊電弧作用下的液相連接機(jī)制，在瞬時脈沖電流和沖擊載荷作用下，實(shí)現(xiàn)異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件室溫固態(tài)連接。絕緣線圈骨架與壓板一固接，驅(qū)動塊設(shè)置在絕緣線圈骨架上，金屬導(dǎo)套固定在驅(qū)動塊上，磁脈沖控制電路兩輸出端與線圈和金屬板結(jié)構(gòu)件相連，線圈與驅(qū)動塊固接，金屬導(dǎo)套內(nèi)嵌有絕緣套，金屬桿嵌入絕緣套內(nèi)，金屬板結(jié)構(gòu)件與壓板二緊密接觸，線圈與金屬桿緊密電連接。本發(fā)明用于異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接。
【專利說明】異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的成形設(shè)備及方法，屬于異種金屬材料連接領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬桿與金屬板類結(jié)構(gòu)件被廣泛用于艦船、特種車輛、建筑等工程【技術(shù)領(lǐng)域】。一般金屬桿為直徑5?25_的螺桿類緊固件、套管及釘類件，材料為鐵磁或非鐵磁性的金屬及其合金。而金屬板結(jié)構(gòu)件常為經(jīng)金屬板材成形得到的殼類結(jié)構(gòu)件，厚度I?10mm。
[0003]把金屬桿狀緊固件連接到金屬殼體結(jié)構(gòu)上是很困難的，通常需要焊接中間過渡單元、鉆孔和在金屬桿件上加工螺紋等工序。此過程一般經(jīng)手工電弧焊、氣體保護(hù)焊或電阻凸焊等工藝完成。但是，上述傳統(tǒng)焊接工藝過程常產(chǎn)生金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件燒蝕、難以保證金屬桿件高度、金屬桿件相對于金屬板結(jié)構(gòu)件發(fā)生扭曲變形等缺陷。其中，修復(fù)被燒蝕損壞的螺紋是一項需要高昂的人工成本的工作。
[0004]上述問題發(fā)生的主要原因在于金屬板結(jié)構(gòu)件和金屬桿件在焊接過程中傳熱條件的差異，當(dāng)二者是同種或異種非鐵磁性金屬材料時，這種差異更顯著。電容放電焊被用于連接高熱導(dǎo)率的金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件，但是，它本質(zhì)上是一種脈沖電弧焊接方法，用彈簧或者液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)焊槍的升降及焊接過程的壓力作用，難以實(shí)現(xiàn)焊接過程中金屬桿件與金屬板結(jié)構(gòu)件的劇烈塑性變形，仍然通過連接區(qū)的熔化和凝固獲得焊接接頭。但是這種工藝并不適于異種金屬材料的焊接。
[0005]磁脈沖成形是利用脈沖電容器對螺線管線圈(對應(yīng)管件成形)或平板線圈(對應(yīng)平板成形)瞬時放電，在線圈和工件之間產(chǎn)生脈沖磁場力，從而實(shí)現(xiàn)工件變形的高速率成形方法，具有提高金屬材料成形極限、加載速率高、模具簡單、成形精度高等優(yōu)點(diǎn)，在高導(dǎo)電率金屬材料成形方面具有顯著優(yōu)勢，如各種牌號的鋁合金和紫銅等。根據(jù)平板磁脈沖成形工藝原理，脈沖磁場力除了用于成形板材外，還能轉(zhuǎn)化為機(jī)械沖擊載荷，可用于粉末致密、金屬晶粒細(xì)化及鉚接等。但是，一般的磁脈沖成形過程中，脈沖大電流只流過線圈，與工件完全絕緣隔離，工件中只有感應(yīng)電流，且電容放電焊所用外壓力僅用于限位，因此，磁脈沖成形過程沒有利用到大電流流經(jīng)接觸界面產(chǎn)生的焦耳熱效應(yīng)，而電容放電焊利用電弧熱使桿-板界面金屬熔化，通過熔化和凝固的過程實(shí)現(xiàn)連接，但是這種過程對異種金屬連接是不利的，常在焊接接頭中產(chǎn)生脆性金屬間化合物和應(yīng)力集中，導(dǎo)致焊接接頭易裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備及方法，本發(fā)明通過把平板線圈電流和所產(chǎn)生的瞬時沖擊載荷同時引入到金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件焊接過程中，以克服電容放電焊所用外壓力僅用于限位的不足，并改變電容放電焊電弧作用下的液相連接機(jī)制，從而在瞬時脈沖電流和沖擊載荷的共同作用下，實(shí)現(xiàn)異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件的室溫固態(tài)連接。[0007]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采取的技術(shù)方案是:
[0008]方案一:異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備，所述磁脈沖成形設(shè)備包括磁脈沖控制電路、壓板一、絕緣線圈骨架、線圈、驅(qū)動塊、絕緣套、金屬導(dǎo)套及壓板-* ;
[0009]所述線圈置于壓板一的上端面，線圈為絕緣線圈，線圈被灌封在絕緣線圈骨架中，絕緣線圈骨架與壓板一的上端面固接，所述驅(qū)動塊設(shè)置在絕緣線圈骨架上端面，所述金屬導(dǎo)套固定在驅(qū)動塊上端面，驅(qū)動塊的中心處設(shè)有通孔，所述磁脈沖控制電路的一個輸出端與線圈的一接線端相連，線圈的另一接線端從絕緣線圈骨架內(nèi)伸出，并進(jìn)入驅(qū)動塊的通孔內(nèi)與驅(qū)動塊固接，金屬導(dǎo)套內(nèi)嵌有絕緣套，壓板二設(shè)置在金屬導(dǎo)套的正上方，磁脈沖成形前，將所述金屬桿的下端嵌入絕緣套內(nèi)，金屬桿的正上方水平設(shè)置金屬板結(jié)構(gòu)件，金屬板結(jié)構(gòu)件的上端面與壓板二下端面緊密接觸，線圈的所述另一接線端與金屬桿下端面緊密電連接，磁脈沖控制電路的另一個輸出端與所述金屬板結(jié)構(gòu)件相連。
[0010]方案二:利用方案一所述磁脈沖成形設(shè)備實(shí)現(xiàn)異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的方法，所述方法步驟是:
[0011]步驟一:高壓脈沖電容器充電；在所述磁脈沖成形設(shè)備內(nèi)部，外網(wǎng)電壓經(jīng)高壓變壓器升壓后，電壓升至1000?5000伏，通過整流器把工頻交流電變成直流電，再經(jīng)過限流電阻對高壓脈沖電容器進(jìn)行直流充電，高壓脈沖電容器電容量為800?4000微法，當(dāng)充電到預(yù)定電壓值后斷開由高壓變壓器、整流器、限流電阻及高壓脈沖電容器組成的充電電路，所述預(yù)定電壓值為1000?5000伏；
[0012]步驟二:高壓脈沖電容器放電；先將金屬桿的上端面與金屬板結(jié)構(gòu)件的待接觸面緊密接觸，接通高壓開關(guān)，存儲在高壓脈沖電容器中的電荷通過連接線經(jīng)線圈匝線放電；
[0013]步驟三:異種金屬連接桿和金屬板結(jié)構(gòu)件連接；根據(jù)平板磁脈沖成形工藝原理，經(jīng)線圈匝線放電的幅值為10?100kA、周期為50?500微秒的脈沖大電流流經(jīng)線圈產(chǎn)生的瞬態(tài)變化磁場在驅(qū)動塊表層產(chǎn)生感應(yīng)電流，即渦流，該渦流與線圈和驅(qū)動塊間隙內(nèi)磁場相互作用，產(chǎn)生推動驅(qū)動塊向上運(yùn)動的脈沖磁場力，該脈沖磁場力產(chǎn)生的脈沖沖擊載荷通過驅(qū)動塊和金屬桿，作用于金屬桿和金屬板結(jié)構(gòu)件的接觸面上，同時，流經(jīng)線圈的幅值為10?100kA、周期為50?500微秒的脈沖大電流經(jīng)金屬桿、金屬桿和金屬板結(jié)構(gòu)件接觸面、金屬板結(jié)構(gòu)件和引線，回到高壓脈沖電容器負(fù)極，由此，在脈沖沖擊載荷和脈沖大電流的共同作用下，使金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件接觸面的氧化層破壞，在所述接觸面產(chǎn)生瞬時熱效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形，從而實(shí)現(xiàn)了異種金屬連接桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接。
[0014]方案三:異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備，所述磁脈沖成形設(shè)備包括磁脈沖控制電路、壓板一、絕緣線圈骨架、線圈、驅(qū)動塊、絕緣套、金屬導(dǎo)套及壓板-* ;
[0015]所述線圈置于壓板一的下端面，線圈為絕緣線圈，線圈被灌封在絕緣線圈骨架中，絕緣線圈骨架與壓板一的下端面固接，所述驅(qū)動塊設(shè)置在絕緣線圈骨架下端面，所述金屬導(dǎo)套設(shè)置在驅(qū)動塊下端且二者制為一體，所述磁脈沖控制電路的一個輸出端與線圈的一接線端相連，金屬導(dǎo)套內(nèi)嵌有絕緣套，壓板二設(shè)置在金屬導(dǎo)套的正下方，磁脈沖成形前，將所述金屬桿的上端嵌入絕緣套內(nèi)，金屬桿的正下方水平設(shè)置金屬板結(jié)構(gòu)件，金屬板結(jié)構(gòu)件的下端面與壓板二上端面緊密接觸，線圈的另一接線端與金屬桿緊固連接，磁脈沖控制電路的另一個輸出端與所述金屬板結(jié)構(gòu)件相連。
[0016]方案四:利用方案三所述磁脈沖成形設(shè)備實(shí)現(xiàn)異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的方法，其特征在于:所述方法步驟是:
[0017]步驟一:高壓脈沖電容器充電；在所述磁脈沖成形設(shè)備內(nèi)部，外網(wǎng)電壓經(jīng)高壓變壓器升壓后，電壓升至1000?5000伏，通過整流器把工頻交流電變成直流電，再經(jīng)過限流電阻對高壓脈沖電容器進(jìn)行直流充電，高壓脈沖電容器電容量為800?4000微法，當(dāng)充電到預(yù)定電壓值后斷開由高壓變壓器、整流器、限流電阻及高壓脈沖電容器組成的充電電路，所述預(yù)定電壓值為1000?5000伏；
[0018]步驟二:高壓脈沖電容器放電；先將金屬桿的下端面與金屬板結(jié)構(gòu)件的待接觸面緊密接觸，接通高壓開關(guān)，存儲在高壓脈沖電容器中的電荷通過連接線經(jīng)線圈匝線放電；
[0019]步驟三:異種金屬連接桿和金屬板結(jié)構(gòu)件連接；根據(jù)平板磁脈沖成形工藝原理，經(jīng)線圈匝線放電的幅值為10?100kA、周期為50?500微秒的脈沖大電流流經(jīng)線圈產(chǎn)生的瞬態(tài)變化磁場在驅(qū)動塊表層產(chǎn)生感應(yīng)電流，即渦流，該渦流與線圈和驅(qū)動塊間隙內(nèi)磁場相互作用，產(chǎn)生推動驅(qū)動塊向下運(yùn)動的脈沖磁場力，該脈沖磁場力產(chǎn)生的脈沖沖擊載荷通過驅(qū)動塊和金屬桿，作用于金屬桿和金屬板結(jié)構(gòu)件的接觸面上，同時，流經(jīng)線圈的幅值為10?100kA、周期為50?500微秒的脈沖大電流經(jīng)金屬桿、金屬桿和金屬板結(jié)構(gòu)件接觸面、金屬板結(jié)構(gòu)件和引線，回到高壓脈沖電容器負(fù)極，由此，在脈沖沖擊載荷和脈沖大電流的共同作用下，使金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件接觸面的氧化層破壞，在所述接觸面產(chǎn)生瞬時熱效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形，從而實(shí)現(xiàn)了異種金屬連接桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接。
[0020]本發(fā)明包含以下有益效果:通過把平板線圈電流和所產(chǎn)生的瞬時沖擊載荷同時引入到金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件焊接過程中，解決電容放電焊所用外壓力幅值低，不足以破壞待連接界面的金屬氧化層問題；由電容放電焊電弧作用下的液相連接機(jī)制，變?yōu)橥ㄟ^劇烈塑性變形和大電流瞬態(tài)熱效應(yīng)的固態(tài)塑形變形連接機(jī)制，從而在瞬時脈沖電流和沖擊載荷共同作用下，實(shí)現(xiàn)異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件的室溫固態(tài)連接。另一方面，也消除了電容放電焊接過程中電弧對螺紋等微細(xì)特征的破壞，利用本發(fā)明的設(shè)備及方法對金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的全部過程只需幾百微秒，效率高，接頭強(qiáng)度超過較弱母材。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的方案一的整體結(jié)構(gòu)主視示意圖；圖2是本發(fā)明的方案三的整體結(jié)構(gòu)主視示意圖；圖3是金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件的連接示意圖，可通過金相分析和力學(xué)性能測試檢測連接質(zhì)量。注:圖1和圖2中的Il表示流經(jīng)放電回路(放電回路由高壓開關(guān)、線圈、金屬桿、金屬板結(jié)構(gòu)件及高壓脈沖電容器構(gòu)成)的脈沖大電流，標(biāo)示在金屬桿上的箭頭指向表示的是電流方向，標(biāo)示在驅(qū)動塊上的箭頭指向表示的是磁場力作用方向。
[0022]圖中的部件名稱及標(biāo)號如下:
[0023]磁脈沖控制電路1、壓板一 3、絕緣線圈骨架4、線圈5、驅(qū)動塊7、絕緣套8、金屬桿
9、金屬板結(jié)構(gòu)件10、壓板二 11、金屬導(dǎo)套12、高壓變壓器1-1、整流器1-2、限流電阻器1_3、高壓開關(guān)1-4、高壓脈沖電容器1-5、交流電源1-6、次級線圈1-1-1、初級線圈1-1-2。
【具體實(shí)施方式】[0024]【具體實(shí)施方式】一:如圖1所示，本實(shí)施方式的異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備，所述磁脈沖成形設(shè)備包括磁脈沖控制電路I (用于產(chǎn)生脈沖大電流)、壓板
一3、絕緣線圈骨架4、線圈5、驅(qū)動塊7、絕緣套8、金屬導(dǎo)套12及壓板二 11 ；
[0025]所述線圈5置于壓板一 3的上端面，線圈5為絕緣線圈(線圈5外表面包覆有絕緣材料，為耐高壓絕緣材料)，線圈5被灌封在絕緣線圈骨架4中，絕緣線圈骨架4與壓板一 3的上端面固接，所述驅(qū)動塊7設(shè)置在絕緣線圈骨架4上端面，所述金屬導(dǎo)套12固定在驅(qū)動塊7上端面(通過內(nèi)六角螺栓固定)，驅(qū)動塊7的中心處設(shè)有通孔，所述磁脈沖控制電路I的一個輸出端與線圈5的一接線端相連，線圈5的另一接線端從絕緣線圈骨架4內(nèi)伸出，并進(jìn)入驅(qū)動塊7的通孔內(nèi)與驅(qū)動塊7固接(絕緣線圈骨架4和驅(qū)動塊7分體設(shè)計，增加了工藝實(shí)施的靈活性)，金屬導(dǎo)套12內(nèi)嵌有絕緣套8，壓板二 11設(shè)置在金屬導(dǎo)套12的正上方，磁脈沖成形前，將所述金屬桿9的下端嵌入絕緣套8內(nèi)(線圈5、驅(qū)動塊7、金屬導(dǎo)套12及金屬桿9中心線重合)，金屬桿9的正上方水平設(shè)置金屬板結(jié)構(gòu)件10，確保大電流順利導(dǎo)通，電流峰值為10?IOOkA,金屬板結(jié)構(gòu)件10的上端面與壓板二 11下端面緊密接觸(壓板一 3和壓板
二11通過液壓和氣動裝置施加足夠壓力，確保大電流在線圈匝線、金屬桿9和金屬板結(jié)構(gòu)件10之間順暢通過)，線圈5的所述另一接線端與金屬桿9下端面緊密電連接，磁脈沖控制電路I的另一個輸出端與所述金屬板結(jié)構(gòu)件10相連。
[0026]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1說明，本實(shí)施方式所述磁脈沖控制電路I包括高壓變壓器1-1、整流器1-2、限流電阻器1-3、高壓開關(guān)1-4、高壓脈沖電容器1-5及交流電源1_6 ；
[0027]所述高壓變壓器1-1的次級線圈1-1-1的一端與整流器1-2的陽極相連，整流器1-2的陰極與限流電阻器1-3的一端相連，限流電阻器1-3的另一端與高壓脈沖電容器1-5的正極和高壓開關(guān)1-4的正極相連，高壓開關(guān)1-4的負(fù)極作為磁脈沖控制電路I的所述一個輸出端，高壓變壓器1-1的次級線圈1-1-1的另一端與電源地、高壓脈沖電容器1-5的負(fù)極相連并作為磁脈沖控制電路I的所述另一個輸出端，高壓變壓器1-1的初級線圈1-1-2的兩端與交流電源1-6的兩端相連。通過磁脈沖控制電路I對高壓脈沖電容器1-5充電，完成對線圈5放電的準(zhǔn)備工作。本實(shí)施方式中未公開的技術(shù)特征與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖1及圖3說明，本實(shí)施方式的利用磁脈沖成形設(shè)備實(shí)現(xiàn)異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的方法，所述方法步驟是:
[0029]步驟一:高壓脈沖電容器1-5充電；在所述磁脈沖成形設(shè)備內(nèi)部，外網(wǎng)電壓經(jīng)高壓變壓器1-1升壓后，電壓升至1000?5000伏，通過整流器1-2把工頻交流電變成直流電，再經(jīng)過限流電阻1-3對高壓脈沖電容器1-5進(jìn)行直流充電，高壓脈沖電容器1-5電容量為800?4000微法，當(dāng)充電到預(yù)定電壓值后斷開由高壓變壓器1-1、整流器1-2、限流電阻1_3及高壓脈沖電容器1-5組成的充電電路，所述預(yù)定電壓值為1000?5000伏；
[0030]步驟二:高壓脈沖電容器1-5放電；先將金屬桿9的上端面與金屬板結(jié)構(gòu)件10的待接觸面緊密接觸(通過液壓或氣動力對二者施壓，使得金屬桿9的上端面與金屬板結(jié)構(gòu)件10的待接觸面緊密接觸，確保大電流順利導(dǎo)通)，接通高壓開關(guān)1-4，存儲在高壓脈沖電容器1-5中的電荷通過連接線經(jīng)線圈匝線放電；
[0031]步驟三:異種金屬連接桿9和金屬板結(jié)構(gòu)件10連接；根據(jù)平板磁脈沖成形工藝原理(為現(xiàn)有技術(shù))，經(jīng)線圈匝線放電的幅值為10?100kA、周期為50?500微秒的脈沖大電流流經(jīng)線圈5產(chǎn)生的瞬態(tài)變化磁場在驅(qū)動塊7表層產(chǎn)生感應(yīng)電流(感應(yīng)電流高達(dá)上百千安培)，即渦流，該渦流與線圈5和驅(qū)動塊7間隙內(nèi)磁場相互作用，產(chǎn)生推動驅(qū)動塊7向上運(yùn)動的脈沖磁場力，該脈沖磁場力產(chǎn)生的脈沖沖擊載荷通過驅(qū)動塊7和金屬桿9，作用于金屬桿9和金屬板結(jié)構(gòu)件10的接觸面上，同時，流經(jīng)線圈5的幅值為10~100kA、周期為50~500微秒的脈沖大電流經(jīng)金屬桿9、金屬桿9和金屬板結(jié)構(gòu)件10接觸面、金屬板結(jié)構(gòu)件10和引線，回到高壓脈沖電容器1-5負(fù)極，由此，在脈沖沖擊載荷和脈沖大電流的共同作用下，使金屬桿9與金屬板結(jié)構(gòu)件10接觸面的氧化層破壞，在所述接觸面產(chǎn)生瞬時熱效應(yīng)(溫度為300~ΙΟΟΟ?，提高了接觸面金屬塑性流動能力)進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形，從而實(shí)現(xiàn)了異種金屬連接桿9與金屬板結(jié)構(gòu)件10連接。本實(shí)施方式中未公開的技術(shù)特征與【具體實(shí)施方式】二相同。
[0032]所述步驟二中，在金屬桿9的上端面與金屬板結(jié)構(gòu)件10的待接觸面緊密接觸前，需要將金屬桿9兩端面及金屬板結(jié)構(gòu)件10與金屬桿9的待接觸面進(jìn)行去油和除銹處理。
[0033]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖2說明，本實(shí)施方式的異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備，所述磁脈沖成形設(shè)備包括磁脈沖控制電路I (用于產(chǎn)生脈沖大電流)、壓板一 3、絕緣線圈骨架4、線圈5、驅(qū)動塊7、絕緣套8、金屬導(dǎo)套12及壓板二 11 ；
[0034]所述線圈5置于壓板一 3的下端面，線圈5為絕緣線圈(線圈5外表面包覆有絕緣材料，外表面包覆有絕緣材料，為耐高壓絕緣材料)，線圈5被灌封在絕緣線圈骨架4中，絕緣線圈骨架4與壓板一 3的下端面固接，所述驅(qū)動塊7設(shè)置在絕緣線圈骨架4下端面，所述金屬導(dǎo)套12設(shè)置在驅(qū)動塊7下端且二者制為一體，所述磁脈沖控制電路I的一個輸出端與線圈5的一接線端相連，金屬導(dǎo)套12內(nèi)嵌有絕緣套8，壓板二 11設(shè)置在金屬導(dǎo)套12的正下方，磁脈沖成形前，將所述金屬桿9的上端嵌入絕緣套8內(nèi)(線圈5、驅(qū)動塊7、金屬導(dǎo)套12及金屬桿9中心線重合)，金屬桿9的正下方水平設(shè)置金屬板結(jié)構(gòu)件10 (確保幅值為10~100kA、周期為50~500微秒的脈沖大電流順利導(dǎo)通),金屬板結(jié)構(gòu)件10的下端面與壓板二11上端面緊密接觸(壓板一 3和壓板二 11通過液壓和氣動裝置施加足夠壓力，確保大電流在線圈匝線、金屬桿9和金屬板結(jié)構(gòu)件10之間順暢通過)，線圈5的另一接線端與金屬桿9緊固連接，磁脈沖控制電路I的另一個輸出端與所述金屬板結(jié)構(gòu)件10相連。
[0035]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖2說明，本實(shí)施方式所述磁脈沖控制電路I包括高壓變壓器1-1、整流器1-2、限流電阻器1-3、高壓開關(guān)1-4、高壓脈沖電容器1-5及交流電源1_6 ；
[0036]所述高壓變壓器1-1的次級線圈1-1-1的一端與整流器1-2的陽極相連，整流器1-2的陰極與限流電阻器1-3的一端相連，限流電阻器1-3的另一端與高壓脈沖電容器1-5的正極和高壓開關(guān)1-4的正極相連，高壓開關(guān)1-4的負(fù)極作為磁脈沖控制電路I的所述一個輸出端，高壓變壓器1-1的次級線圈1-1-1的另一端與電源地、高壓脈沖電容器1-5的負(fù)極相連并作為磁脈沖控制電路I的所述另一個輸出端，高壓變壓器1-1的初級線圈1-1-2的兩端與交流電源1-6的兩端相連。本實(shí)施方式中未公開的技術(shù)特征與【具體實(shí)施方式】四相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖2及圖3說明，本實(shí)施方式的利用磁脈沖成形設(shè)備實(shí)現(xiàn)異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的方法，所述方法步驟是:
[0038]步驟一:高壓脈沖電容器1-5充電；在所述磁脈沖成形設(shè)備內(nèi)部，外網(wǎng)電壓經(jīng)高壓變壓器1-1升壓后，電壓升至1000~5000伏，通過整流器1-2把工頻交流電變成直流電，再經(jīng)過限流電阻1-3對高壓脈沖電容器1-5進(jìn)行直流充電，高壓脈沖電容器1-5電容量為800~4000微法，當(dāng)充電到預(yù)定電壓值后斷開由高壓變壓器1-1、整流器1-2、限流電阻1_3及高壓脈沖電容器1-5組成的充電電路，所述預(yù)定電壓值為1000~5000伏；
[0039]步驟二:高壓脈沖電容器1-5放電；先將金屬桿9的下端面與金屬板結(jié)構(gòu)件10的待接觸面緊密接觸(通過液壓或氣動力對二者施壓，使得金屬桿9的下端面與金屬板結(jié)構(gòu)件10的待接觸面緊密接觸，確保大電流順利導(dǎo)通)，接通高壓開關(guān)1-4，存儲在高壓脈沖電容器1-5中的電荷通過連接線經(jīng)線圈匝線放電；
[0040]步驟三:異種金屬連接桿9和金屬板結(jié)構(gòu)件10連接；根據(jù)平板磁脈沖成形工藝原理(為現(xiàn)有技術(shù))，經(jīng)線圈匝線放電的幅值為10~100kA、周期為50~500微秒的脈沖大電流流經(jīng)線圈5產(chǎn)生的瞬態(tài)變化磁場在驅(qū)動塊7表層產(chǎn)生感應(yīng)電流(感應(yīng)電流高達(dá)上百千安培)，即渦流，該渦流與線圈5和驅(qū)動塊7間隙內(nèi)磁場相互作用，產(chǎn)生推動驅(qū)動塊7向下運(yùn)動的脈沖磁場力，該脈沖磁場力產(chǎn)生的脈沖沖擊載荷通過驅(qū)動塊7和金屬桿9，作用于金屬桿9和金屬板結(jié)構(gòu)件10的接觸面上，同時，流經(jīng)線圈5的幅值為10~100kA、周期為50~500微秒的脈沖大電流經(jīng)金屬桿9、金屬桿9和金屬板結(jié)構(gòu)件10接觸面、金屬板結(jié)構(gòu)件10和引線，回到高壓脈沖電容器1-5負(fù)極，由此，在脈沖沖擊載荷和脈沖大電流的共同作用下，使金屬桿9與金屬板結(jié)構(gòu)件10接觸面的氧化層破壞，在所述接觸面產(chǎn)生瞬時熱效應(yīng)(溫度為300~ΙΟΟΟ?，提高了接觸面金屬塑性流動能力)進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形，從而實(shí)現(xiàn)了異種金屬連接桿9與金屬板結(jié)構(gòu)件10連接。本實(shí)施方式中未公開的技術(shù)特征與【具體實(shí)施方式】五相同。
[0041 ] 所述步驟一中，在接通所述高壓開關(guān)1-4之前，將金屬桿9兩端面及金屬板結(jié)構(gòu)件10與金屬桿9的待接觸面進(jìn)行去油和除銹處理。
[0042]【具體實(shí)施方式】一和四中，所述線圈5由矩形截面、高導(dǎo)電率的紫銅匝線繞制而成；驅(qū)動塊7的材質(zhì)為銅合金，銅合金具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率的特點(diǎn)。
[0043]【具體實(shí)施方式】一和四中，所述壓板一 3為玻璃絲布環(huán)氧樹脂層壓板，抗拉強(qiáng)度為260MPa，抗壓強(qiáng)度為300MPa。
[0044]實(shí)施例1
[0045]利用本發(fā)明的磁脈沖成形設(shè)備及方法可實(shí)現(xiàn)直徑為IOmm的2A10鋁合金圓柱形桿與厚度為5mm的20號碳鋼板連接。
[0046]實(shí)施例2
[0047]利用本發(fā)明的磁脈沖成形設(shè)備及方法可實(shí)現(xiàn)直徑為8_的20號圓柱形鋼桿與厚度為5mm的T2紫銅板連接。
[0048]工作原理:本發(fā)明把脈沖大電流和瞬時沖擊載荷同時作用于異種金屬桿和金屬板結(jié)構(gòu)件，從而獲得室溫下的固態(tài)連接接頭，實(shí)現(xiàn)異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件焊接。
【權(quán)利要求】
1.一種異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備，其特征在于:所述磁脈沖成形設(shè)備包括磁脈沖控制電路(I)、壓板一(3)、絕緣線圈骨架(4)、線圈(5)、驅(qū)動塊(7)、絕緣套(8)、金屬導(dǎo)套(12)及壓板二(11)； 所述線圈(5)置于壓板一(3)的上端面，線圈(5)為絕緣線圈，線圈(5)被灌封在絕緣線圈骨架(4)中，絕緣線圈骨架(4)與壓板一(3)的上端面固接，所述驅(qū)動塊(7)設(shè)置在絕緣線圈骨架(4)上端面，所述金屬導(dǎo)套(12)固定在驅(qū)動塊(7)上端面，驅(qū)動塊(7)的中心處設(shè)有通孔，所述磁脈沖控制電路(I)的一個輸出端與線圈(5)的一接線端相連，線圈(5)的另一接線端從絕緣線圈骨架(4)內(nèi)伸出，并進(jìn)入驅(qū)動塊(7)的通孔內(nèi)與驅(qū)動塊(7)固接，金屬導(dǎo)套(12)內(nèi)嵌有絕緣套(8)，壓板二(11)設(shè)置在金屬導(dǎo)套(12)的正上方，磁脈沖成形前，將所述金屬桿(9)的下端嵌入絕緣套(8)內(nèi)，金屬桿(9)的正上方水平設(shè)置金屬板結(jié)構(gòu)件(10)，金屬板結(jié)構(gòu)件(10)的上端面與壓板二(11)下端面緊密接觸，線圈(5)的所述另一接線端與金屬桿(9)下端面緊密電連接，磁脈沖控制電路(I)的另一個輸出端與所述金屬板結(jié)構(gòu)件(10)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備，其特征在于:所述磁脈沖控制電路(I)包括高壓變壓器(1-1)、整流器(1-2)、限流電阻器(1-3)、高壓開關(guān)(1-4 )、高壓脈沖電容器(1-5 )及交流電源(1-6 ); 所述高壓變壓器(1-1)的次級線圈(1-1-1)的一端與整流器(1-2)的陽極相連，整流器(1-2)的陰極與限流電阻器(1-3)的一端相連，限流電阻器(1-3)的另一端與高壓脈沖電容器(1-5)的正極和高壓開關(guān)(1-4)的正極相連，高壓開關(guān)(1-4)的負(fù)極作為磁脈沖控制電路(O的所述一個輸出端，高壓變壓器(1-1)的次級線圈(1-1-1)的另一端與電源地、高壓脈沖電容器(1-5)的負(fù)極相連并作為磁脈沖控制電路(I)的所述另一個輸出端，高壓變壓器(1-1)的初級線圈(1-1 -2)的兩端與交流電源(1-6)的兩端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備，其特征在于:所述壓板一(3)為玻璃絲布環(huán)氧樹脂層壓板。
4.一種利用權(quán)利要求2所述磁脈沖成形設(shè)備實(shí)現(xiàn)異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的方法，其特征在于:所述方法步驟是: 步驟一:高壓脈沖電容器(1-5)充電；在所述磁脈沖成形設(shè)備內(nèi)部，外網(wǎng)電壓經(jīng)高壓變壓器(1-1)升壓后，電壓升至1000~5000伏，通過整流器(1-2)把工頻交流電變成直流電，再經(jīng)過限流電阻(1-3)對高壓脈沖電容器(1-5)進(jìn)行直流充電，高壓脈沖電容器(1-5)電容量為800~4000微法，當(dāng)充電到預(yù)定電壓值后斷開由高壓變壓器(1-1)、整流器(1-2)、限流電阻(1-3)及高壓脈沖電容器(1-5)組成的充電電路，所述預(yù)定電壓值為1000~5000伏； 步驟二:高壓脈沖電容器(1-5)放電；先將金屬桿(9)的上端面與金屬板結(jié)構(gòu)件(10)的待接觸面緊密接觸，接通高壓開關(guān)(1-4)，存儲在高壓脈沖電容器(1-5)中的電荷通過連接線經(jīng)線圈匝線放電； 步驟三:異種金屬連接桿(9)和金屬板結(jié)構(gòu)件(10)連接；根據(jù)平板磁脈沖成形工藝原理，經(jīng)線圈匝線放電的幅值為10~100kA、周期為50~500微秒的脈沖大電流流經(jīng)線圈(5)產(chǎn)生的瞬態(tài)變化磁場在驅(qū)動塊(7)表層產(chǎn)生感應(yīng)電流，即渦流，該渦流與線圈(5)和驅(qū)動塊(7)間隙內(nèi)磁場相互作用，產(chǎn)生推動驅(qū)動塊(7)向上運(yùn)動的脈沖磁場力，該脈沖磁場力產(chǎn)生的脈沖沖擊載荷通過驅(qū)動塊(7)和金屬桿(9),作用于金屬桿(9)和金屬板結(jié)構(gòu)件(10)的接觸面上，同時，流經(jīng)線圈(5)的幅值為10~100kA、周期為50~500微秒的脈沖大電流經(jīng)金屬桿(9)、金屬桿(9)和金屬板結(jié)構(gòu)件(10)接觸面、金屬板結(jié)構(gòu)件(10)和引線，回到高壓脈沖電容器(1-5)負(fù)極，由此，在脈沖沖擊載荷和脈沖大電流的共同作用下，使金屬桿(9)與金屬板結(jié)構(gòu)件(10)接觸面的氧化層破壞，在所述接觸面產(chǎn)生瞬時熱效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形，從而實(shí)現(xiàn)了異種金屬連接桿(9)與金屬板結(jié)構(gòu)件(10)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的方法，其特征在于:所述步驟一中，在接通所述高壓開關(guān)(1-4)之前，將金屬桿(9)兩端面及金屬板結(jié)構(gòu)件(10)與金屬桿(9)的待接觸面進(jìn)行去油和除銹處理。
6.一種異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備，其特征在于:所述磁脈沖成形設(shè)備包括磁脈沖控制電路(I)、壓板一(3)、絕緣線圈骨架(4)、線圈(5)、驅(qū)動塊(7)、絕緣套(8)、金屬導(dǎo)套(12)及壓板二(11)； 所述線圈(5)置于壓板一(3)的下端面，線圈(5)為絕緣線圈，線圈(5)被灌封在絕緣線圈骨架(4)中，絕緣線圈骨架(4)與壓板一(3)的下端面固接，所述驅(qū)動塊(7)設(shè)置在絕緣線圈骨架(4)下端面，所述金屬導(dǎo)套(12)設(shè)置在驅(qū)動塊(7)下端且二者制為一體，所述磁脈沖控制電路(I)的一個輸出端與線圈(5)的一接線端相連，金屬導(dǎo)套(12)內(nèi)嵌有絕緣套(8)，壓板二(11)設(shè)置在金屬導(dǎo)套(12)的正下方，磁脈沖成形前，將所述金屬桿(9)的上端嵌入絕緣套(8 )內(nèi)，金屬桿(9 )的正下方水平設(shè)置金屬板結(jié)構(gòu)件(10 )，金屬板結(jié)構(gòu)件(10 )的下端面與壓板二(11)上端面緊密接觸，線圈(5)的另一接線端與金屬桿(9)緊固連接，磁脈沖控制電路(I)的另一個輸出端與所述金屬板結(jié)構(gòu)件(10)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求 6所述異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備，其特征在于:所述磁脈沖控制電路(I)包括高壓變壓器(1-1)、整流器(1-2)、限流電阻器(1-3)、高壓開關(guān)(1-4 )、高壓脈沖電容器(1-5 )及交流電源(1-6 ); 所述高壓變壓器(1-1)的次級線圈(1-1-1)的一端與整流器(1-2)的陽極相連，整流器(1-2)的陰極與限流電阻器(1-3)的一端相連，限流電阻器(1-3)的另一端與高壓脈沖電容器(1-5)的正極和高壓開關(guān)(1-4)的正極相連，高壓開關(guān)(1-4)的負(fù)極作為磁脈沖控制電路(O的所述一個輸出端，高壓變壓器(1-1)的次級線圈(1-1-1)的另一端與電源地、高壓脈沖電容器(1-5)的負(fù)極相連并作為磁脈沖控制電路(I)的所述另一個輸出端，高壓變壓器(1-1)的初級線圈(1-1-2)的兩端與交流電源(1-6)的兩端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的磁脈沖成形設(shè)備，其特征在于:所述壓板一(3)為玻璃絲布環(huán)氧樹脂層壓板。
9.一種利用權(quán)利要求7所述磁脈沖成形設(shè)備實(shí)現(xiàn)異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的方法，其特征在于:所述方法步驟是: 步驟一:高壓脈沖電容器(1-5)充電；在所述磁脈沖成形設(shè)備內(nèi)部，外網(wǎng)電壓經(jīng)高壓變壓器(1-1)升壓后，電壓升至1000~5000伏，通過整流器(1-2)把工頻交流電變成直流電，再經(jīng)過限流電阻(1-3)對高壓脈沖電容器(1-5)進(jìn)行直流充電，高壓脈沖電容器(1-5)電容量為800~4000微法，當(dāng)充電到預(yù)定電壓值后斷開由高壓變壓器(1-1)、整流器(1-2)、限流電阻(1-3)及高壓脈沖電容器(1-5)組成的充電電路，所述預(yù)定電壓值為1000~5000伏；步驟二:高壓脈沖電容器(1-5)放電；先將金屬桿(9)的下端面與金屬板結(jié)構(gòu)件(10)的待接觸面緊密接觸，接通高壓開關(guān)(1-4)，存儲在高壓脈沖電容器(1-5)中的電荷通過連接線經(jīng)線圈匝線放電； 步驟三:異種金屬連接桿(9)和金屬板結(jié)構(gòu)件(10)連接；根據(jù)平板磁脈沖成形工藝原理，經(jīng)線圈匝線放電的幅值為10~100kA、周期為50~500微秒的脈沖大電流流經(jīng)線圈(5)產(chǎn)生的瞬態(tài)變化磁場在驅(qū)動塊(7)表層產(chǎn)生感應(yīng)電流，即渦流，該渦流與線圈(5)和驅(qū)動塊(7)間隙內(nèi)磁場相互作用，產(chǎn)生推動驅(qū)動塊(7)向下運(yùn)動的脈沖磁場力，該脈沖磁場力產(chǎn)生的脈沖沖擊載荷通過驅(qū)動塊(7)和金屬桿(9),作用于金屬桿(9)和金屬板結(jié)構(gòu)件(10)的接觸面上，同時，流經(jīng)線圈(5)的幅值為10~100kA、周期為50~500微秒的脈沖大電流經(jīng)金屬桿(9)、金屬桿(9)和金屬板結(jié)構(gòu)件(10)接觸面、金屬板結(jié)構(gòu)件(10)和引線，回到高壓脈沖電容器(1-5)負(fù)極，由此，在脈沖沖擊載荷和脈沖大電流的共同作用下，使金屬桿(9)與金屬板結(jié)構(gòu)件(10)接觸面的氧化層破壞，在所述接觸面產(chǎn)生瞬時熱效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形，從而實(shí)現(xiàn)了異種金屬連接桿(9)與金屬板結(jié)構(gòu)件(10)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述異種金屬桿與金屬板結(jié)構(gòu)件連接的方法，其特征在于:所述步驟一中，在接通所述高壓開關(guān)(1-4)之前，將金屬桿(9)兩端面及金屬板結(jié)構(gòu)件(10)與金屬桿(9)的待接觸面進(jìn)行 去油和除銹處理。
【文檔編號】B23P11/00GK103831578SQ201410076753
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】于海平, 李春峰, 孫立超 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)