ריתוך בפעימה מגנטית
ריתוך בפעימה מגנטית הוא תהליך ריתוך במצב מוצק המשתמש בכוחות מגנטיים כדי לרתך שני חלקי עבודה יחד. מנגנון הריתוך דומה ביותר לזה של ריתוך בפיצוץ.[1] ריתוך בפעימה מגנטית החל בתחילת שנות ה-70 של המאה העשרים, כאשר תעשיית הרכב החלה להשתמש בריתוך במצב מוצק.
היתרון העיקרי של שימוש בריתוך בפעימה מגנטית הוא שנמנעת היווצרות של פאזות בין-מתכתיות (אנ') שבירות, מה שמאפשר חיבור של מתכות שלא ניתן לחבר ביעילות בריתוך היתוך (אנ'). בנוסף, התהליך כמעט מיידי ואינו דורש גז מגן או חומרי ריתוך אחרים.
תהליך
ריתוך בפעימה מגנטית מבוסס על פעימה אלקטרומגנטית קצרה מאוד (<100 מיקרו-שניות), המתקבלת על ידי פריקה מהירה של קבלים דרך מתגים בעלי השראות נמוכה לתוך סליל. הזרם הפועם בעל מִשְׂרַעַת ותְּדִירוּת גבוהים מאוד (500 קילו-אמפר ו-15 קילו-הרץ) מייצר שדה מגנטי בצפיפות גבוהה, היוצר זרמי מערבולת באחד מחלקי העבודה. עקב כך נוצרים כוחות לורנץ דוחים ולחץ מגנטי גבוה הרבה מעבר לחוזק הכניעה של החומר גורם להאצה של אחד מחלקי העבודה למהירויות של עד 500 מטר לשנייה בעת ההתנגשות.
חלקיק העבודה המעופף פוגע לאחר מכן במטרתו, אם כי חלקים שונים יגיעו בזמנים שונים. כאשר קו המגע נע, בדרך כלל נוצר סילון של חומר משטח שנפלט לפני קו המגע.[2] סילון זה מועיל מכיוון שהוא מנקה ביעילות את המשטחים על ידי פליטת חומר משטח כלשהו (הסרת תחמוצות או מזהמים).
במהלך ריתוך בפעימה מגנטית נוצרת דפורמציה פלסטית (אנ') גבוהה יחד עם מאמץ גזירה גבוה ושיבוש תחמוצת עקב הסילון וטמפרטורות גבוהות ליד אזור ההתנגשות. דבר המוביל לריתוך במצב מוצק עקב חידוד המיקרו-מבנה (נקע, פסי החלקה (אנ'), מיקרו-גבישים תאומים והתגבשות דינמית מקומית (אנ')).[3]
עקרונות
על מנת להשיג ריתוך חזק, יש לעמוד במספר תנאים:[4]
- תנאי התכה: ההתנגשות צריכה להיות תת-קולית בהשוואה למהירות הקול של החומר המקומי כדי ליצור סילון.
- משטר לחץ גבוה: מהירות הפגיעה צריכה להיות מספקת כדי להשיג משטר הידרודינמי, אחרת החלקים רק יתקמטו או ייווצרו.
- אין היתוך במהלך ההתנגשות: אם הלחץ גבוה מדי, החומרים יכולים להיתך באופן מקומי ולהתמצק מחדש. הדבר עלול לגרום לריתוך חלש.
ההבדל העיקרי בין ריתוך בפיצוץ לריתוך בפעימה מגנטית הוא שזווית ההתנגשות והמהירות כמעט קבועות במהלך תהליך הריתוך בפיצוץ, בעוד שבריתוך בפעימה מגנטית הן משתנות באופן רציף.
סימולציות נומריות
מגוון חקירות מספריות בוצעו כדי לחזות את התנהגות הממשק של תהליך הריתוך בפעימה מגנטית ואת התנהגות החלקיקים כדי לקבוע את תנאי ההתנגשות. באופן כללי, מהירות החלקיקים לפני הפגיעה קובעת את תופעות הממשק. זהו הפרמטר האופייני שיש לדעת על סמך התהליך ופרמטרי התהליך הניתנים להתאמה. למרות שמדידות ניסיוניות באמצעות שיטות מהירות לייזר מספקות הערכה מדויקת של מהירות החלקיקים; דוגמה למדידה כזו היא מהירות דופלר פוטון (אנ') (PDV); חישוב מספרי מציע תיאור טוב יותר של מהירות החלקיקים מבחינת התפלגות מרחבית וזמנית.
חישוב רב-פיזיקלי של תהליך MPW יכול לקחת בחשבון את הזרם החשמלי דרך הסליל ולחשב את ההתנהגות הפיזיקלית עבור בעיה מצומדת אלקטרומגנטית-מכנית. סימולציות אלו מאפשרות גם לכלול את ההשפעה התרמית במהלך התהליך.[5][6] כמו כן נעשה שימוש במודל תלת-ממדי לדוגמה המשמש לסימולציית LS-DYNA (אנ'), והוא מספק גם פרטים על יחסי הגומלין הפיזיקליים של התהליך, המשוואות השולטות, הליך הרזולוציה, ותנאי הגבול וההתחלה כאחד. המודל משמש כדי להראות את יכולתו של חישוב תלת-ממדי לחזות את התנהגות התהליך ובמיוחד את הקינמטיקה של החלקיקים ואת העיוות המקרוסקופי.[7][8]
קישורים חיצוניים
- The Electromagnetic Pulse Technology (EMPT): Forming, Welding, Crimping and Cutting by R. Schäfer, P. A. Pasquale and S. W. Kallee
- 3D Impacts Modeling of the Magnetic Pulse Welding Process and Comparison to Experimental Data by J.-P. Cuq-Lelandais*, G. Avrillaud, S. Ferreira, G. Mazars, A. Nottebaert, G. Teilla, V. Shribman
- Automotive Applications of Electromagnetic Pulse Technology (EMPT) by S. W. Kallee, R. Schäfer and P. A. Pasquale.
- Special Issue "Impulse-Based Manufacturing Technologies" by Verena Psyk et al., J. Manuf. Mater. Process. 2021, 5(3), 96, ISSN 2504-4494.
הערות שוליים
- ↑ Weman, Klas (2003), Welding processes handbook, CRC Press, pp. 91–92, מסת"ב 978-0-8493-1773-6.
- ↑ Kapil, Angshuman; Sharma, Abhay (2015). "Magnetic pulse welding: An efficient and environmentally friendly multi-material joining technique". Journal of Cleaner Production. 100: 35–58. Bibcode:2015JCPro.100...35K. doi:10.1016/j.jclepro.2015.03.042.
- ↑ A. Stern, V. Shribman, A. Ben-Artzy, and M. Aizenshtein, Interface Phenomena and Bonding Mechanism in Magnetic Pulse Welding, Journal of Materials Engineering and Performance, 2014.
- ↑ Magnetic Pulse Welding: J.P. Cuq-Lelandais, S. Ferreira, G. Avrillaud, G. Mazars, B. Rauffet: Welding windows and high velocity impact simulations.
- ↑ Sapanathan, T.; Raoelison, R.N.; Buiron, N.; Rachik, M. (2016). "Magnetic Pulse Welding: An Innovative Joining Technology for Similar and Dissimilar Metal Pairs". Joining Technologies. doi:10.5772/63525. מסת"ב 978-953-51-2596-9. S2CID 62881653.
- ↑ Raoelison, R.N.; Sapanathan, T.; Padayodi, E.; Buiron, N.; Rachik, M. (2016). "Interfacial kinematics and governing mechanisms under the influence of high strain rate impact conditions: Numerical computations of experimental observations". Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 96: 147–161. Bibcode:2016JMPSo..96..147R. doi:10.1016/j.jmps.2016.07.014.
- ↑ L'Eplattenier, Pierre; Cook, Grant; Ashcraft, Cleve; Burger, Mike; Imbert, Jose; Worswick, Michael (May 2009). "Introduction of an Electromagnetism Module in LS-DYNA for Coupled Mechanical-Thermal-Electromagnetic Simulations". Steel Research International. 80 (5): 351–8.
- ↑ I. Çaldichoury and P. L’Eplattenier, EM Theory Manual, Livermore Software Technology Corporation, California, USA, 2012.
ריתוך בפעימה מגנטית41613943Q3445780