用于将管状型材磁脉冲焊接到柱形内部构件上的焊接头制造技术

本发明专利技术涉及一种焊接头，其用于将中空薄壁型材磁脉冲焊接到具有与所述中空薄壁型材互补外形的内部构件上。焊头包括形成所述焊头的两个能移动的焊头半部(10a、10b)，其中，每个半部具有至少一个单独的感应线圈(12a、12b)，该感应线圈独立于另一焊头半部地连接到一电源上，其中线圈缠绕成肾形。工件被夹紧在与每个半部整合的成型件(15a、15b)之间。通过这种焊接头可以焊接例如管状薄壁型材的工件，即使这些管状薄壁型材被整合到闭合管状设计中，因为焊头可以在焊接位置之上被快速关闭，并且打开以释放所述工件，而在夹紧区域中不经历电弧。

Welding head for welding magnetic pulse of tubular profile to cylindrical internal component

The invention relates to a welding head for welding a hollow thin-walled profile magnetic pulse to an internal member having a complementary shape to the hollow thin-walled profile. The welding head comprises two movable welding part into the welding head (10a, 10b), in which each part has at least one separate induction coil (12a, 12b), the induction coil is independent of the other half head connected to a power supply, wherein the coil is wound into a kidney shaped. The workpiece is clamped between the molded parts (15a, 15b) that are integrated with each of the halves. The welding head can be welded tubular profiles such as thin-walled workpiece, even if these profiles were integrated into the closed thin-walled tubular tubular design, because the welding head can be in the welding position is quickly closed, and open to release the workpiece, and the clamping area not through arc.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将管状型材磁脉冲焊接到柱形内部构件上的焊接头
本专利技术涉及一种磁脉冲焊接装置，并且更特别地涉及一种磁脉冲焊接头，该磁脉冲焊接头具有分体线圈设计方案，因此允许围绕焊接点的焊接头的打开和闭合。
技术介绍
磁脉冲焊接(MPW)或成形工艺利用电磁能来建立分子层面上的冶金结合，而不熔化待接合的材料。其最早开发于20世纪70年代并在下列文献中披露：·Epechurin,V.P.；“Propertiesofbimetaljointsproducedbymagnetic-pulsewelding(通过磁脉冲焊接生产的双金属接合的属性)”，WeldingProductions(焊接产品)，VOL.21，No，521-24页(1974)，以及·Brown,W.F.&BandasJ&OlsonNT；“Pulsedmagneticweldingofbreederreactorfuelpinandclosures(增殖反应器燃料棒和封闭件的磁脉冲焊接)”，WeldingJournal(焊接杂志)，No.6，22-26页(1978)。MPW工艺基于成熟的电磁理论并适于接合薄壁管状结构与任一实心心轴或者其他的管状元件。该概念是基于具有一定量的塑性形变能力的导电管状元件的形变。待与管状元件接合的另一元件可以是另一种材料，甚至是非导电材料。如果两个管状部件待接合，那么一个管被插入到另一管状元件中，优选接触表面之间具有尽可能少的游隙，形成接合部的搭接形式，然后在该接合部之上施加电磁脉冲。从MPW电源穿过专门设计的线圈和场成型组件的高电流放电的通路在导电外部管状元件中产生感应电流(涡电流)。与主放电电流和涡电流相关的电磁场的相互作用造成线圈与外部管状元件之间的排斥力(“洛伦茨”力)。排斥力的大小大致与放电电流的平方成比例。所述MPW工艺被设计用于制造排斥力，其强大到足以导致外部管状元件以非常高的速度冲击内部管状构件，该速度在每秒几百米的范围上(Kojima,M；Tamaki,K；Suzuki,J；andSasakiK；“Flowstress,collisionvelocityandcollisionaccelerationinelectromagneticwelding.(电磁焊接中的流变应力、碰撞速度和碰撞加速度)”QuarterlyJournaloftheJapanWeldingSociety(日本焊接协会季刊)，7(1)，75-81页，1989)，用于局部形变和后续接合。从根本上说，MPW工艺遵循和电磁成形工艺相同的物理学原理，参见：·Plum,M；"ElectromagneticForming(电磁成形)",MetalsHandbook(金属手册),卷14,第9版,ASM,645；1995；以及·Daehn,G.S；Vohnut,V.J.；&Datta,S,“Hyperelasticforming:processpotentialandfactorsaffectingformability(超弹性成型：工艺潜力和影响因素成形性)”；MaterialsResearchSociety(材料研究协会)，Superplasticity-CurrentStatusandFuturePotential(超塑性-现状和未来潜力)(US)，247-252页，2000；以及·Daehn,G.S；“HighVelocitySheetMetalForming:StateoftheArtandPrognosisforAdvancedCommercialization(高速金属板材成形：形势现状和高级商业化的预测)”。然而，MPW工艺可能需要高得多的排斥力以产生用于接合的足够速度。MPW工艺尤其在制造异种材料如铝与钢之间的强冶金结合方面是有用的，这是通常利用传统焊接工艺不可能实现的任务。MPW技术将在多个工业领域，包括汽车、航空航天、器具、电子和电信中具有广泛的商业应用。特别是在汽车和航空航天技术中，MPW将提供用于制造使用管状框架的轻量底盘的手段。MPW技术将潜在地革新下一代节能车辆中的液压成型管状结构的组装工艺。它可以成为一项关键技术，使材料接合技术能够促进使用铝合金和钢的混合汽车车身结构设计。此外，MPW焊接可以理想地替代管和电连接器的确定的硬钎焊和软钎焊操作，从而消除了与硬钎焊相关的许多环境问题，例如能量消耗、危险化学品的使用以及含硬钎焊部分的铅的昂贵的回收。自从MPW工艺的专利技术以来，感应线圈的常规设计方案就是环绕焊接点、即环绕待焊接管状元件的闭合电回路。原理上类似于螺线管，闭合线圈设计提供了闭合回路以供围绕待焊接管状部件的放电电流通过。回路路径被认为对于产生充分结合所需的排斥力是必要的。被焊接的组件只能从焊接头的闭合线圈沿轴向移除，这意味着不可能焊接闭合管状结构，即与环形面(toroid，环圈)和近似闭合的管状结构相似的结构。以下文献中示出用于这种传统闭合线圈设计方案的焊接头的不同提议：·US5824998，其示出一种用于电连接器的焊接头，其中线圈完全环绕焊接位置；·US5981921，其示出一种具有线圈的焊接头，线圈完全包围焊接位置，因而必须能够从被焊接的管状构件沿轴向抽出(非闭合管状结构)；·US5966813，其示出如在US5981921中那样的类似形式的焊接头；·US6255631，其示出一种使内管扩张抵靠住环绕的孔结构的焊接头。闭合线圈设计方案对MPW技术的应用领域施加了显著的限制。这些限制作用于闭合管状结构，其中焊接头在焊接工艺之后不能被移除。在一些应用中，液压成形管的形状相当复杂，阻碍在焊接后物理性移除焊接头。因此，焊接头的线圈需要重新设计，使得焊接头可以快速打开和闭合，从而允许加载和卸载液压成形管。已经进行了一些尝试来设计一种焊接头，其可以像蚌壳半部一样打开和闭合，利用这些蚌壳半部之间的导电表面来闭合所述线圈的放电路径。然而，如果用于激励线圈的电流经过这样的导电表面，则这些导电表面将经受过度磨损并且由于电流的电弧而在操作期间被破坏。为MPW开发的电流需要在制造焊接所需的100微秒内达到1兆安培电流，而完全没有过度加热。接触表面必须是“完美的”，即没有可能在操作期间引起电弧的气隙或氧化。焊接头为了工艺的经济可行性需要承受大约100000次焊接。在US6229125中示出了在焊接位置上具有线圈的蚌壳状开口的示例。该方案示出沿着线圈的轴线配合地(intandem，前后地)设置的两个单独的线圈，但是其中仅一个线圈连接到电源上，而第二个线圈仅仅是反射逆流脉冲的独立线圈。然而，该设计方案也没有利用被线圈内表面环绕的体积中的磁场，在该体积中磁场最强烈。在US6875964中示出了具有双线圈的另一方案，其中安装在每个焊头半部中的两个线圈通过使用将线圈连接在一起的连接销而串联连接。在该连接销的连接表面中的电弧问题仍然会产生问题，并且不能分别地控制线圈。在这里，两个半部也完全环绕焊接位置，这使得不可能在具有靠近焊接位置的邻近管状元件的设计方案中使用。所需要的是这样一种MPW头，其可以快速打开和闭合，以允许工件的装载和卸载，而不必在工件的整个长度上拉出焊头。此外，应当在接触表面中避免电弧问题，以便增加焊头使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接头，用于将中空薄壁型材磁脉冲焊接到具有与所述中空薄壁型材呈互补外形的内部构件上，所述焊头包括：形成所述焊头的两个能移动的焊头半部(10a、10b)，其中，每个半部具有至少一个单独的感应线圈(12a、12b)，所述感应线圈独立于另一焊头半部地连接到一电源上；并且其中，每个半部中的所述感应线圈被缠绕成肾形，该肾形具有凹线圈面(31b、32b)和凸线圈面(31a、32a)，所述凹线圈面面向另一半部的凹线圈面，所述凸线圈面面向相反方向，并且其中，每个感应线圈被整合在一线圈壳体(13a、13b)中；每个焊头半部具有成型件(15a、15b)，所述成型件在凹线圈面的中心处附连到所述壳体上，其中，所述成型件具有对应于待焊接的所述中空薄壁型材(30)的外表面一半的开口，并且当所述焊头半部围绕待焊接的所述中空薄壁型材移动到一起时，所述成型件在用于焊接的位置处完全包围所述中空薄壁型材。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种焊接头，用于将中空薄壁型材磁脉冲焊接到具有与所述中空薄壁型材呈互补外形的内部构件上，所述焊头包括：形成所述焊头的两个能移动的焊头半部(10a、10b)，其中，每个半部具有至少一个单独的感应线圈(12a、12b)，所述感应线圈独立于另一焊头半部地连接到一电源上；并且其中，每个半部中的所述感应线圈被缠绕成肾形，该肾形具有凹线圈面(31b、32b)和凸线圈面(31a、32a)，所述凹线圈面面向另一半部的凹线圈面，所述凸线圈面面向相反方向，并且其中，每个感应线圈被整合在一线圈壳体(13a、13b)中；每个焊头半部具有成型件(15a、15b)，所述成型件在凹线圈面的中心处附连到所述壳体上，其中，所述成型件具有对应于待焊接的所述中空薄壁型材(30)的外表面一半的开口，并且当所述焊头半部围绕待焊接的所述中空薄壁型材移动到一起时，所述成型件在用于焊接的位置处完全包围所述中空薄壁型材。2.如权利要求1所述的焊接头，其中，所述成型件中的至少一个成型件(15a或15b)具有至少在所述成型件之间的接触表面中的电绝缘材料(14)。3.如权利要求2所述的焊接头，其中，所述成型件(15a、15b)具有在所述成型件与所述中空薄壁型材(30)的外表面之间的电绝缘材料。4.如权利要求1所述的焊接头，其中，当所述焊接半部被置于一起用于焊接时，每个感应线圈绕组(12a/12b)处于一圆扇形内，所述圆扇形的中心在所述中空薄壁型材的中心处，所述圆扇形的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·阿佩尔，K·彼得松，
申请(专利权)人：维美德公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE