CN108274108A - 电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管的装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管的装置及其工作方法，该装置包括第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块，所述第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块均包括交流电源、变压器、电容器组、高压开关和环形线圈，所述交流电源的输入端连接变压器的初级绕组输入端，所述高压开关和环形线圈串联后与电容器组一同并联在变压器的次级绕组输出端上。与现有技术相比，本发明利用电磁脉冲焊接技术完成焊接，对于复杂环境下管路系统的减振吸能抗冲击性能的研究具有一定的意义，具有对基管破坏小、焊接面积大、焊接可靠、操作安全、节能环保等优点。
Description
技术领域
本发明涉及新型金属材料焊接技术领域，尤其是涉及一种电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管的装置及其工作方法。
背景技术
随着航空航天、航海化工和核能装备等工业技术的发展，传统的橡胶材料难以满足高低温、大载荷冲击等复杂环境下技术要求。而新型的金属橡胶材料应运而生，可以满足航空航天、空间飞行器及民品工况的特殊需要，解决高温、低温、高压、高真空及剧烈振动等环境下的阻尼、减振、过滤、密封、节流、热传导等问题。在实际应用中常会将金属橡胶作为阻尼层来布置已减少振动及冲击，但其多孔状的特性以及极端条件的限制给连接带来一定困难，特别是在管路上。
考虑到应用的极端条件，目前对于夹芯管中运用到的金属橡胶只是在基管周围覆盖一层，然后将其固定。基管外面包覆金属橡胶的方法虽可以保证极端条件下的可靠应用，但其同样存在着较大的缺陷与不足：
1）当基管很长或粗时要运用大量金属橡胶进行覆盖，保证基管外壁的覆盖性，则需要大量的材质进行固定，工程量大，浪费资源及出现操作不便等问题。
2）由于金属橡胶的制备工艺的特殊性，将不同金属橡胶覆盖基管外壁时，需要选择不同的固定模型，则影响其模型的设计。
3）固定模型的结构和选用的材质对基管结构的固有频率，功率流的分布情况造成影响，对试验数据影响很大，同时拆卸不便，也达不到最佳减振效果。
4）复杂环境（温、高压、腐蚀、高辐射环境）下，管路系统的减振及抗冲压性不能很好的体现。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术中金属橡胶阻尼夹芯管连接方法对基管的性能的影响、加工不便等问题与缺陷而提供一种电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管的装置及其工作方法，利用电磁脉冲焊接技术完成焊接，对于复杂环境下管路系统的减振吸能抗冲击性能的研究具有一定的意义，具有对基管破坏小、焊接面积大、焊接可靠、操作安全、节能环保等优点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管的装置，包括第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块，所述第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块均包括交流电源、变压器、电容器组、高压开关和环形线圈，所述交流电源的输入端连接变压器的初级绕组输入端，所述高压开关和环形线圈串联后与电容器组一同并联在变压器的次级绕组输出端上，第一电磁脉冲模块的电容器组的电容值大于第二电磁脉冲模块的电容器组的电容值，第一电磁脉冲模块的环形线圈的内径大于金属橡胶管的外径，第二电磁脉冲模块的环形线圈的外径小于基管的内径。
所述高压开关由脉冲发生器控制通断。
一种电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管的装置的工作方法，包括以下步骤：
1）将金属橡胶管套设在基管上，第一电磁脉冲模块的环形线圈套设在金属橡胶管外，第二电磁脉冲模块的环形线圈插入基管内；
2）第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块的交流电源同时给电容器组充电后，同时接通第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块的高压开关，第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块的环形线圈内均产生电流，第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块的环形线圈内电流方向相反，且第一电磁脉冲模块的环形线圈内电流数值大于第二电磁脉冲模块的环形线圈内电流数值；
在第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块的作用下，使金属橡胶管和基管产生相吸的磁力并紧密相贴合焊接。
所述金属橡胶管的厚度D1和基管的厚度D2满足以下公式：2D2>D1>D2。
与现有技术相比，本发明电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管的装置是在对传统的管路焊接进行优化改进的基础上，提出的一种金属橡胶阻尼管与基管的新型固定装置，具有以下优点：
1）金属橡胶可以大量运用到管路系统上，减振及抗冲击效果更佳，去掉固定模型，简单易行，安全。
2）配合基管，方便金属橡胶管的设计与制备，可应用范围更广，不再受基管的限制，两焊接件结构和性能允许差别大，保持材料的原有性能，体现金属优异的固有特性和橡胶的高弹性、大阻尼特性。
3）金属橡胶管与基管间的能量易精确控制，可重复性，可实现机械化和自动化生产设备。
4）金属橡胶管的载荷与变形关系呈现非线性，即出现刚度渐减效果，会降低整个系统空间方向的“固有频率”。同时会随外激励量级的增加，“固有频率”减小，具有良好的隔振效果。
5）应用范围广，用途：航空航天、船舶工业、机械行业、汽车业中需在高低温亦或强辐射、腐蚀等极端环境下工作的结构设备，可通过本发明装置完成电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管，从而实现管路系统的减振吸能抗冲击性能及降低噪音。
附图说明
图1为电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管的装置的示意图；
图2为电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管部分的俯视图；
图3为电磁脉冲焊接示意图；
图4为电磁脉冲焊接接触示意图。
图中，11、第一交流电源，12、第一变压器，13、第一电容器组，14、第一高压开关，15、第一环形线圈，21、第二交流电源，22、第二变压器，23、第二电容器组，24、第二高压开关，25、第二环形线圈，3、金属橡胶管，4、基管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管的装置包括第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块，第一电磁脉冲模块包括第一交流电源11、第一变压器12、第一电容器组13、第一高压开关14和第一环形线圈15，第一交流电源11的输入端连接第一变压器12的初级绕组输入端，第一高压开关14和第一环形线圈15串联后与第一电容器组13一同并联在第一变压器12的次级绕组输出端上，第二电磁脉冲模块包括第二交流电源21、第二变压器22、第二电容器组23、第二高压开关24和第二环形线圈25，第二交流电源21的输入端连接第二变压器22的初级绕组输入端，第二高压开关24和第二环形线圈25串联后与第二电容器组23一同并联在第二变压器22的次级绕组输出端上，第一电容器组13的电容值大于第二电容器组23的电容值，第一环形线圈15的内径大于金属橡胶管3的外径，第二环形线圈25的外径小于基管4的内径。整体的焊接装置运用两个不用规格的电磁脉冲组合，使其套在金属橡胶管3外壁的第一环形线圈15及产生的电流比套在基管4内壁的第二环形线圈25及产生的电流大，利用两个不同规格的电磁脉冲进行叠加消除金属橡胶管3和基管4所产生的感应电流，使金属橡胶管3和基管4在磁场力作用下产生同向电流，两管间产生相吸磁场力。
当第一交流电源11通过第一变压器12给第一电容器组13充电，第二交流电源21通过第二变压器22给第二电容器组23充电后，同时接通第一高压开关14和第二高压开关24，则第一电容器组13和第二电容器组23瞬间放电，第一电容器组13和第二电容器组23容量不同，产生的电流也不同。对比现已有的电磁脉冲焊接工艺在铝合金导管上的应用，本发明不同点有运用不同规格的电磁脉冲产生的电磁能进行叠加消除，在磁感线的作用下，使金属橡胶管3和基管4产生相吸的磁力，两管紧密贴合，缩小焊接缝隙，增强焊接强度；现有电磁脉冲技术解决铝合金导管头部与头部的焊接，本发明解决是夹芯管的焊接，其中夹芯是特殊材质金属橡胶，根据金属橡胶均质的弹性多孔物质的特殊性，不容易将金属橡胶和刚性体连接，本发明利用电磁脉冲焊接技术，采用两个电磁线圈和两个电容器组将多空状的金属橡胶管3和基管4焊接，则金属橡胶可以大量运用到管路系统上，使减振及抗冲击效果更佳。电磁脉冲装置部分俯视图如附图2所示。
流过第一环形线圈15和第二环形线圈25的大电流产生的电磁能作为焊接热源而进行金属橡胶管3与基管4的焊接，其电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管焊接如附图3。待焊件金属橡胶管3在电磁能的作用下产生一瞬时、高压的电磁力F，该力迫使焊件金属橡胶管3高速撞击另一个焊件基管4，当条件（如压力F、接触速度v c 及接触角α）满足时，则可使金属橡胶管37焊接到基管48上，图2中A处为焊接处放大点，其中焊接处为线面接触如附图4。
压力F值的大小由电流和电压以及待焊工件材料本身的性质等决定。接触速度v c 与接触角 有直接关系，其中v r 为径向速度，v c 为接触速度，α为接触角；这三者存在着一定的相关关系，如式（1）所示。
（1）
其中v c 值的大小是两个待焊工件是否能够焊接成功的重要因素之一，当v c 值达到一定数值，待焊工件间才能产生金属射流，而这是实现电磁脉冲焊接的必要条件之一，如要实现电磁脉冲焊接，v c 值范围为250~2300m/s。根据公式（1）知，接触角α影响着v c 和v r 两者的关系，α的数值取决于待焊工件间的间隙与待焊长度，所以待焊接件匹配好，金属橡胶管3和基管4间的间隙值不宜过大，以保证焊接的牢固性。
完成焊接后，利用同样的操作方法，与另外基管4焊接，最终形成金属橡胶阻尼夹芯管。
以金属橡胶管3和基管4为例，按如附图1连接好电路，如图2所示，该电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管的装置的工作方法包括以下步骤：
1）将金属橡胶管3套设在基管4上，第一环形线圈15套设在金属橡胶管3外（即第一环形线圈15抱箍在金属橡胶管3的外壁），第二环形线圈25插入基管4内，第一高压开关14和第二高压开关24由脉冲发生器控制通断。
2）开启脉冲发生器，第一交流电源11和第二交流电源21同时给电容器组充电，充电电压达到设定值时，同时接通第一高压开关14和第二高压开关24，使电容器组快速放电，第一环形线圈15和第二形线圈内均产生电流，第一环形线圈15和第二环形线圈25内电流方向相反（电流方向如图2所示），且第一环形线圈15内电流I1数值大于第二环形线圈25内电流I2数值。
金属橡胶管3与基管4的焊接示意图如附图2，利用在电磁能的作用下产生一瞬时、高压的电磁力F，该力的作用下使焊件金属橡胶管3高速撞击另一个焊件基管4，考虑金属橡胶为多孔状，具有较高的弹性、较好疲劳性能、耐腐蚀性、抗氧化性，即焊接过程中其微观结构不会发生改变，电磁脉冲焊接的结合力相当于使工件原子互相扩散的力，运用多孔状的金属橡胶管3上更为突出，使其间的焊缝结合强度大，金属橡胶管3和基管4焊接处为线面接触如附图4。其中，金属橡胶管3的厚度D1和基管4的厚度D2满足以下公式：2D2>D1>D2。
Claims (4)
1.一种电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管的装置，其特征在于，包括第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块，所述第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块均包括交流电源、变压器、电容器组、高压开关和环形线圈，所述交流电源的输入端连接变压器的初级绕组输入端，所述高压开关和环形线圈串联后与电容器组一同并联在变压器的次级绕组输出端上，第一电磁脉冲模块的电容器组的电容值大于第二电磁脉冲模块的电容器组的电容值，第一电磁脉冲模块的环形线圈的内径大于金属橡胶管的外径，第二电磁脉冲模块的环形线圈的外径小于基管的内径。
2.根据权利要求1所述的电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管的装置，其特征在于，所述高压开关由脉冲发生器控制通断。
3.一种如权利要求1所述的电磁脉冲焊接金属橡胶阻尼夹芯管的装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将金属橡胶管套设在基管上，第一电磁脉冲模块的环形线圈套设在金属橡胶管外，第二电磁脉冲模块的环形线圈插入基管内；
2）第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块的交流电源同时给电容器组充电后，同时接通第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块的高压开关，第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块的环形线圈内均产生电流，第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块的环形线圈内电流方向相反，且第一电磁脉冲模块的环形线圈内电流数值大于第二电磁脉冲模块的环形线圈内电流数值；
在第一电磁脉冲模块和第二电磁脉冲模块的作用下，使金属橡胶管和基管产生相吸的磁力并紧密相贴合焊接。
4.根据权利要求3所述的工作方法，其特征在于，所述金属橡胶管的厚度D1和基管的厚度D2满足以下公式：2D2>D1>D2。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190510 |
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