اللحام النبضي المغناطيسي

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
إطار فضائي ملحوم بنبض مغناطيسي

اللحام النبضي المغناطيسي ( MPW ) هو عملية لحام في الحالة الصلبة تستخدم القوى المغناطيسية لربط قطعتين من المعدن معًا. آلية اللحام هذه مشابهة جدًا لآلية اللحام الانفجاري . [ 1 ] بدأ استخدام اللحام النبضي المغناطيسي في أوائل سبعينيات القرن الماضي، عندما بدأت صناعة السيارات في استخدام اللحام في الحالة الصلبة.

تتمثل الميزة الأساسية لاستخدام اللحام النبضي المغناطيسي في تجنب تكوين الأطوار المعدنية الهشة ، مما يسمح بربط المعادن التي لا يمكن ربطها بكفاءة باستخدام اللحام الانصهاري . إضافةً إلى ذلك، فإن العملية فورية تقريبًا ولا تتطلب غازًا واقيًا أو مواد استهلاكية أخرى للحام.

عملية

وعاء ضغط HVAC ملحوم بالنبض المغناطيسي

تعتمد عملية اللحام بالنبض المغناطيسي على نبضة كهرومغناطيسية قصيرة جدًا (أقل من 100  ميكروثانية)، يتم الحصول عليها من خلال تفريغ سريع للمكثفات عبر مفاتيح ذات حث منخفض في ملف. ينتج عن التيار النبضي ذو السعة والتردد العاليين جدًا (500  كيلو أمبير و15  كيلو هرتز) مجال مغناطيسي عالي الكثافة، مما يُولّد تيارًا دواميًا في إحدى قطعتي العمل. تتولد قوى لورنتز تنافرية ، ويتسبب ضغط مغناطيسي عالٍ يتجاوز بكثير مقاومة خضوع المادة في تسارع إحدى قطعتي العمل إلى سرعات تصل إلى 500 متر/ثانية (1100 ميل/ساعة) عند الاصطدام.  

ثم تصطدم قطعة العمل الطائرة بهدفها، مع اختلاف أوقات التلامس بين الأجزاء المختلفة. ومع تحرك خط التلامس، تتشكل عادةً تيارات من المواد السطحية المقذوفة أمام خط التلامس. [ 2 ] وتُعد هذه التيارات مفيدة لأنها تُنظف الأسطح بفعالية عن طريق قذف بعض المواد السطحية (إزالة الأكاسيد أو الملوثات).

أثناء اللحام بالنبض المغناطيسي، يتولد تشوه لدني كبير مصحوبًا بإجهاد قص عالٍ واضطراب في طبقة الأكسيد نتيجةً للنفث ودرجات الحرارة المرتفعة بالقرب من منطقة التصادم. يؤدي هذا إلى لحام في الحالة الصلبة بفضل تحسين البنية المجهرية ( خلايا الانخلاع ، وأشرطة الانزلاق ، والتوائم الدقيقة ، وإعادة التبلور الموضعية ). [ 3 ]

مبادئ

لتحقيق لحام قوي، يجب استيفاء عدة شروط: [ 4 ]

  • شرط النفث: يجب أن يكون الاصطدام دون سرعة الصوت مقارنة بسرعة الصوت في المادة المحلية لتوليد النفث.
  • نظام الضغط العالي: يجب أن تكون سرعة الاصطدام كافية للحصول على نظام هيدروديناميكي، وإلا فإن الأجزاء ستتعرض فقط للتجعيد أو التشكيل.
  • عدم حدوث انصهار أثناء التصادم: إذا كان الضغط مرتفعًا جدًا، فقد تنصهر المواد موضعيًا ثم تتصلب مرة أخرى. وهذا قد يتسبب في لحام ضعيف.

الفرق الرئيسي بين اللحام النبضي المغناطيسي واللحام الانفجاري هو أن زاوية التصادم والسرعة تكون ثابتة تقريبًا أثناء عملية اللحام الانفجاري، بينما في اللحام النبضي المغناطيسي تتغير باستمرار.

المحاكاة العددية لـ MPW

أُجريت العديد من الدراسات العددية للتنبؤ بسلوك سطح التماس بين مادة MPW وسلوك الجسم الطائر أثناء الطيران، وذلك لتحديد ظروف التصادم. وبشكل عام، تتحكم سرعة الجسم الطائر قبل الاصطدام في ظواهر سطح التماس. وهذه هي المعلمة المميزة التي يجب معرفتها بناءً على العملية ومعاييرها القابلة للتعديل. ورغم أن القياسات التجريبية باستخدام طرق قياس سرعة الليزر توفر تقييمًا دقيقًا لسرعة الجسم الطائر، ومن أمثلة هذه القياسات قياس سرعة دوبلر الفوتوني (PDV) ، إلا أن الحسابات العددية تقدم وصفًا أفضل لسرعة الجسم الطائر من حيث التوزيع المكاني والزماني.

يمكن لحسابات الفيزياء المتعددة لعملية MPW أن تأخذ في الحسبان التيار الكهربائي المار عبر الملف، وأن تحسب السلوك الفيزيائي لمسألة مقترنة كهرومغناطيسيًا وميكانيكيًا. كما تسمح هذه المحاكاة بإدراج التأثير الحراري أثناء العملية. [ 5 ] [ 6 ] يُستخدم أيضًا نموذج ثلاثي الأبعاد كمثال لمحاكاة LS-DYNA ، وهو يوفر بعض التفاصيل حول التفاعلات الفيزيائية للعملية، والمعادلات الحاكمة، وإجراءات الحل، والشروط الحدية والابتدائية. يُستخدم النموذج لإظهار قدرة الحسابات ثلاثية الأبعاد على التنبؤ بسلوك العملية، وخاصةً حركية الجزيئات المتحركة والتشوه الكلي. [ 7 ] [ 8 ]

مراجع

  1. ↑ ويمان، كلاس (2003)، دليل عمليات اللحام ، مطبعة سي آر سي، الصفحات 91-92 ، رقم ISBN  978-0-8493-1773-6.
  2. ↑ كابيل، أنغشومان؛ شارما، أبهاي (2015). "اللحام النبضي المغناطيسي: تقنية فعالة وصديقة للبيئة لربط مواد متعددة". مجلة الإنتاج الأنظف . 100 : 35-58 . Bibcode : 2015JCPro.100...35K . doi : 10.1016/j.jclepro.2015.03.042 .
  3. ↑ أ. ستيرن، ف. شريبمان، أ. بن أرتزي، و م. أيزنشتاين، ظواهر الواجهة وآلية الربط في اللحام النبضي المغناطيسي، مجلة هندسة المواد والأداء، 2014.
  4. ↑ اللحام النبضي المغناطيسي: جي بي كوك-ليلانديس، إس. فيريرا، جي. أفريلاود، جي. مازارس، بي. روفيه: نوافذ اللحام ومحاكاة الصدمات عالية السرعة.
  5. ↑ ساباناثان، ت.؛ راويلسون، ر.ن.؛ بويرون، ن.؛ راشيك، م. (2016). "اللحام النبضي المغناطيسي: تقنية ربط مبتكرة لأزواج المعادن المتشابهة والمختلفة". تقنيات الربط . doi : 10.5772/63525 . ISBN 978-953-51-2596-9. S2CID 62881653 . 
  6. ↑ راويلسون، آر إن؛ ساباناثان، تي؛ بادايودي، إي؛ بويرون، إن؛ راشيك، إم. (2016). "حركية الأسطح البينية والآليات المتحكمة بها تحت تأثير ظروف الصدم ذات معدل الإجهاد العالي: حسابات عددية للملاحظات التجريبية". مجلة ميكانيكا وفيزياء المواد الصلبة . 96 : 147-161 . Bibcode : 2016JMPSo..96..147R . doi : 10.1016/j.jmps.2016.07.014 .
  7. ↑ ليبلاتنييه، بيير؛ كوك، غرانت؛ آش كرافت، كليف؛ برغر، مايك؛ إمبرت، خوسيه؛ وورسويك، مايكل (مايو 2009). "مقدمة لوحدة الكهرومغناطيسية في برنامج LS-DYNA لمحاكاة الميكانيكا الحرارية الكهرومغناطيسية المقترنة". مجلة أبحاث الصلب الدولية . 80 (5): 351-358 .
  8. ↑ I. Çaldichoury and P. L'Eplattenier, EM Theory Manual, Livermore Software Technology Corporation, California, USA, 2012.