Исследование соединения алюминиевых труб и стержней различной геометрии электромагнитно-импульсной сваркой

Металлургия и материаловедение

2025. Т. 32. № 1. С. 202-213.

Авторы

Ахмед Солиман М. Э.*, Курлаев Н. В.**

Новосибирский государственный технический университет, проспект К. Маркса, 20, Новосибирск, 630073, Россия

*e-mail: axmed_soliman@corp.nstu.ru
**e-mail: kurlaev@corp.nstu.ru

Аннотация

Магнитно-импульсная сварка (МИС) особенно подходит для соединения трубчатых заготовок Cоединяемую заготовку необходимо расположить в конфигурации перекрытия со смещением одной относительно другой. Магнитное поле, индуцируемое в катушке, во внешней трубчатой заготовке генерирует вихревые токи. Сила отталкивания (Ампера) между двумя магнитными полями вызывает ускорение внешней заготовки в направлении внутренней заготовки. 
Используются одновитковая катушка и формирователь поля (ФП) для создания высокого электромагнитного давления. Одновременно увеличивается и адаптируется индуктивность катушки, ФП гомогенизирует поле, создаваемое катушкой, и концентрирует большое магнитное давление в нужной области, удерживая зону высокого давления вдали от основной катушки. 
При моделировании процесса такой высокоскоростной формовки необходимо учитывать многочисленные механические, электрические и электромагнитные характеристики материала, а иногда даже температурную зависимость, что обычно приводит к нелинейным вычислениям. 
В данном исследовании рассматриваются образцовые промышленные стыки соединений алюминиевых труб и стержней различной геометрии. Скорость и время удара оцениваются с помощью аналитических уравнений. Изучена также морфология поверхности сварного шва, и установлено, что она имеет волнистую природу.

Ключевые слова:

магнитно-импульсная сварка, высокоскоростное ударное соединение, направляющая и целевая трубки, формирователь поля, скорость удара, численная модель SPH, окно свариваемости

Библиографический список

  1. Shotri R., Faes K., De A. Magnetic pulse welding of copper to steel tubes–Experimental investigation and process modeling // Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 58. No. 6, pp. 249–258. DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.07.061
  2. Chari M.V.K., Salon S.J. Numerical methods in electromagnetism. San Diego: Academic Press, 1999, pp. 1–60 (767 p.).
  3. Sadiku M.N.O., Kulkarni S.V. Principles of electromagnetics. - 6th ed. - Oxford University Press; 2015, pp. 383–480.
  4. Ахмед Солиман М.Э., Курлаев Н.В., Шайдуров С.В. Совершенствование технологии электромагнитного обжима патрубка с жалюзи системы воздухообмена летательных аппаратов путем численного моделирования // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 3. С. 96-105. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=182564
  5. Çaldichoury I., L’Eplattenier P. EM Theory Manual. Electromagnetism and Linear Algebra in LS-DYNA. Livermore Software Technology Corporation. 2012. URL: https://ftp.lstc.com/anonymous/outgoing/inaki/docs/pdf_em/EM_theory.pdf
  6. Psyk V., Risch D., Kinsey B. et al. Electromagnetic forming – A review // Journal of Materials Processing Technology. 2011. Vol. 211. No. 5, pp. 787-829. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2010.12.012
  7. Saadouki B., Sapanathan T., Pelca P.H. et al. Fatigue damage in field shapers used during electromagnetic forming and welding processes at high frequency impulse current // International Journal of Fatigue. 2017. Vol. 109 (Part 1), pp. 93–102. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2017.12.019
  8. Nassiri A., Campbell C., Chini G. et al. Analytical model and experimental validation of single turn, axi-symmetric coil for electromagnetic forming and welding // Procedia Manufacturing. 2015. Vol. 1, pp. 814–827.
  9. Hayt W.H., Buck J.A. Engineering electromagnetics. 8th ed. New York: McGraw Hill; 2011. 608 p.
  10. Chew W.C. Lectures on Electromagnetic Field Theory. Purdue University, 2019. URL: https://engineering.purdue.edu/wcchew/ece604f19/EMFTAll20191204.pdf
  11. Yu H., Li C., Zhao Z., Li Z. Effect of field shaper on magnetic pressure in electromagnetic forming // Journal of Materials Processing Technology. 2005. Vol. 168. No. 2, pp. 245-249. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2005.01.001
  12. Zhang P., Kimchi M., Shao H. et al. Analysis of the electromagnetic impulse joining process with a field concentrator // 8th International Conference on Numerical Methods in Industrial Forming Processes (13-17 June 2004; Columbus, Ohio, USA). Vol. 712. No. 1, pp. 1253–1258. DOI: 10.1063/1.1766701
  13. Bahmani M.A., Niayesh K., Karimi A. 3D Simulation of magnetic field distribution in electromagnetic forming systems with field-shaper // Journal of Materials Processing Technology. 2009. Vol. 209. No. 5, pp. 2295-2301. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2008.05.024
  14. Zaitov O., Kolchuzhin V.A. Bitter coil design methodology for electromagnetic pulse metal processing techniques // Journal of Manufacturing Processes. 2014. Vol. 16. No. 4, pp. 551–562. DOI: 10.1016/j.jmapro.2014.07.008
  15. Kulkarni M.R., Kumar S., Saroj P.C. et al. Design of high field tool coil for magnetic pulse welding // Power Research - A Journal of CPRI. 2017. Vol. 13. No. 1, pp. 97–102.
  16. Khalil C., Marya S., Racineux G. Magnetic pulse welding and spot welding with improved coil efficiency – application for dissimilar welding of automotive metal alloys // Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2020. Vol. 4. No. 3: 69. DOI: 10.3390/jmmp4030069
  17. Ахмед Солиман М.Э., Курлаев Н.В., Шайдуров С.В. Изготовление патрубка с жалюзи системы кондиционирования воздуха ЛА методом раздачи давлением импульсного магнитного поля // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 4. С. 65-74. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=183585
  18. Qiu L., Li Y., Yu Y. et al. Numerical and experimental investigation in electromagnetic tube expansion with axial compression // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 104. pp. 3045–3051. DOI: 10.1007/s00170-019-04217-9
  19. Weddeling C., Woodward S., Marré M. et al. Influence of Groove Characteristics on Strength of Form-fit Joints // Journal of Materials Processing Technology. 2011. Vol. 211. No. 5, pp. 925-935. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2010.08.004
  20. Фозилов Т.Т., Шумская С.А., Кудрявцев Е.А., Бабайцев А.В. Структурные металлографические исследования по зонам сварных соединений образцов, полученных инерционной сваркой трением // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 2. С. 211-219. DOI: 10.34759/vst-2022-2-211-219
  21. Wang H., Wang Y. High-Velocity Impact Welding Process: A Review // Metals. 2019. Vol. 9. No. 2: 144. DOI: 10.3390/met9020144
  22. Ахмед Солиман М.Э. Численное исследование высокоскоростной сварки угловым ударом методом гидродинамики сглаженных частиц // Инженерный журнал: наука и инновации. 2024. Т. 156. № 12. DOI: 10.18698/2308-6033-2024-12-2405
  23. Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом. 2-е изд. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1980. 221 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2025