Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Soldadura por impulsos magnéticos

Estructura espacial soldada por pulsos magnéticos La soldadura por impulsos magnéticos ( MPW ) es un proceso de soldadura en estado sólido que utiliza fuerzas magnéticas para un...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita
Estructura espacial soldada por pulsos magnéticos

La soldadura por impulsos magnéticos ( MPW ) es un proceso de soldadura en estado sólido que utiliza fuerzas magnéticas para unir dos piezas. El mecanismo de soldadura es muy similar al de la soldadura por explosión . [ 1 ] La soldadura por impulsos magnéticos se originó a principios de la década de 1970, cuando la industria automotriz comenzó a utilizar la soldadura en estado sólido.

La principal ventaja de la soldadura por impulsos magnéticos es que evita la formación de fases intermetálicas frágiles , lo que permite unir metales que no pueden unirse eficazmente mediante soldadura por fusión . Además, el proceso es prácticamente instantáneo y no requiere gas de protección ni otros consumibles de soldadura.

Proceso

Recipiente a presión para sistemas de climatización (HVAC) soldado por pulsos magnéticos

La soldadura por impulsos magnéticos se basa en un pulso electromagnético muy corto (<100  μs), que se obtiene mediante la descarga rápida de condensadores a través de interruptores de baja inductancia en una bobina. La corriente pulsada, de muy alta amplitud y frecuencia (500  kA y 15  kHz), produce un campo magnético de alta densidad que genera corrientes parásitas en una de las piezas. Se crean fuerzas de Lorentz repulsivas y una alta presión magnética, muy superior al límite elástico del material, provoca la aceleración de una de las piezas hasta alcanzar velocidades de 500 m/s (1100 mph) al colisionar.  

La pieza de trabajo en vuelo impacta entonces contra su objetivo, aunque las distintas partes entran en contacto en momentos diferentes. A medida que la línea de contacto avanza, normalmente se forma un chorro de material superficial expulsado delante de la línea de contacto. [ 2 ] Este chorro es beneficioso, ya que limpia eficazmente las superficies al expulsar parte del material superficial (eliminando óxidos o contaminantes).

Durante la soldadura por pulsos magnéticos se desarrolla una alta deformación plástica junto con una alta tensión de cizallamiento y ruptura de óxido debido al chorro y las altas temperaturas cerca de la zona de colisión. Esto da lugar a una soldadura en estado sólido debido al refinamiento de la microestructura ( celdas de dislocación , bandas de deslizamiento , micromaclas y recristalización local ). [ 3 ]

Principios

Para lograr una soldadura fuerte, se deben cumplir varias condiciones: [ 4 ]

  • Condición de chorro: la colisión debe ser subsónica en comparación con la velocidad del sonido del material local para generar un chorro.
  • Régimen de alta presión: la velocidad de impacto debe ser suficiente para obtener un régimen hidrodinámico; de lo contrario, las piezas solo se deformarán o se doblarán.
  • Ausencia de fusión durante la colisión: Si la presión es demasiado alta, los materiales pueden fundirse y solidificarse localmente. Esto puede provocar una soldadura débil.

La principal diferencia entre la soldadura por impulsos magnéticos y la soldadura explosiva es que el ángulo de colisión y la velocidad son casi constantes durante el proceso de soldadura explosiva, mientras que en la soldadura por impulsos magnéticos varían continuamente.

Simulaciones numéricas de MPW

Se realizaron diversas investigaciones numéricas para predecir el comportamiento de la interfaz del MPW y el comportamiento en vuelo del proyectil, con el fin de determinar las condiciones de colisión. Generalmente, la velocidad del proyectil antes del impacto rige los fenómenos interfaciales. Este es el parámetro característico que debe conocerse en función del proceso y de los parámetros ajustables del mismo. Si bien las mediciones experimentales mediante velocimetría láser proporcionan una evaluación precisa de la velocidad del proyectil (un ejemplo de este tipo de medición es la velocimetría Doppler de fotones [PDV]) , el cálculo numérico ofrece una mejor descripción de la velocidad del proyectil en términos de distribución espacial y temporal.

Un cálculo multifísico del proceso MPW puede tener en cuenta la corriente eléctrica a través de la bobina y calcular el comportamiento físico para un problema acoplado electromagnético-mecánico. Estas simulaciones también permiten incluir el efecto térmico durante el proceso. [ 5 ] [ 6 ] También se utiliza un modelo de ejemplo 3D para la simulación LS-DYNA , que proporciona detalles sobre las interacciones físicas del proceso, las ecuaciones que lo rigen, el procedimiento de resolución y las condiciones iniciales y de contorno. El modelo se utiliza para demostrar la capacidad del cálculo 3D para predecir el comportamiento del proceso y, en particular, la cinemática del proyectil y la deformación macroscópica. [ 7 ] [ 8 ]

Referencias

  1. ↑ Weman, Klas (2003), Manual de procesos de soldadura , CRC Press, pp. 91–92 , ISBN  978-0-8493-1773-6.
  2. ↑ Kapil, Angshuman; Sharma, Abhay (2015). "Soldadura por pulsos magnéticos: una técnica de unión de múltiples materiales eficiente y respetuosa con el medio ambiente". Journal of Cleaner Production . 100 : 35–58 . Bibcode : 2015JCPro.100...35K . doi : 10.1016/j.jclepro.2015.03.042 .
  3. ↑ A. Stern, V. Shribman, A. Ben-Artzy y M. Aizenshtein, Fenómenos de interfaz y mecanismo de unión en la soldadura por pulsos magnéticos, Journal of Materials Engineering and Performance, 2014.
  4. ↑ Soldadura por impulsos magnéticos: JP Cuq-Lelandais, S. Ferreira, G. Avrillaud, G. Mazars, B. Rauffet: Ventanas de soldadura y simulaciones de impacto a alta velocidad.
  5. ↑ Sapanathan, T.; Raoelison, RN; Buiron, N.; Rachik, M. (2016). "Soldadura por pulsos magnéticos: una tecnología de unión innovadora para pares de metales similares y diferentes". Tecnologías de unión . doi : 10.5772/63525 . ISBN 978-953-51-2596-9. S2CID 62881653 . 
  6. ↑ Raoelison, RN; Sapanathan, T.; Padayodi, E.; Buiron, N.; Rachik, M. (2016). "Cinemática interfacial y mecanismos rectores bajo la influencia de condiciones de impacto de alta velocidad de deformación: Cálculos numéricos de observaciones experimentales". Journal of the Mechanics and Physics of Solids . 96 : 147–161 . Bibcode : 2016JMPSo..96..147R . doi : 10.1016/j.jmps.2016.07.014 .
  7. ↑ L'Eplattenier, Pierre; Cook, Grant; Ashcraft, Cleve; Burger, Mike; Imbert, Jose; Worswick, Michael (mayo de 2009). "Introducción de un módulo de electromagnetismo en LS-DYNA para simulaciones acopladas mecánico-térmicas-electromagnéticas". Steel Research International . 80 (5): 351– 8.
  8. ↑ I. Çaldichoury y P. L'Eplattenier, Manual de teoría EM, Livermore Software Technology Corporation, California, EE. UU., 2012.
  • Tecnología de pulsos electromagnéticos (EMPT): conformado, soldadura, engaste y corte por R. Schäfer, PA Pasquale y SW Kallee
  • Modelado de impactos 3D del proceso de soldadura por pulsos magnéticos y comparación con datos experimentales por J.-P. Cuq-Lelandais*, G. Avrillaud, S. Ferreira, G. Mazars, A. Nottebaert, G. Teilla, V. Shribman
  • Aplicaciones automotrices de la tecnología de pulsos electromagnéticos (EMPT) por SW Kallee, R. Schäfer y PA Pasquale.
  • Número especial "Tecnologías de fabricación basadas en impulsos" por Verena Psyk et al., J. Manuf. Mater. Process. 2021, 5(3), 96, ISSN 2504-4494.