Численное исследование напряженно-деформированного состояния для проектирования формирователя поля для магнитно-импульсной сварки листовых деталей
Авторы: Ахмед Солиман Мохамед Шериф Эль Сайед, Анисимов А.Г.
Опубликовано в выпуске: #8(164)/2025
Раздел: Механика | Рубрика: Механика деформируемого твердого тела
Представлена разработка усовершенствованной конструкции формирователя поля для технологии магнитно-импульсной сварки тонколистовых металлических заготовок, проведенная с применением метода конечных элементов для комплекс- ного анализа взаимодействия электромагнитных и механических процессов. Результаты исследования полученной оптимизированной конструкции показали, что она обеспечивает достижение максимальной индукции магнитного поля 45 Тл и пикового значения силы Лоренца 6,9×105 Н/мм3. Установлено, что при скорости соударения пластин до 600 м/с и угле косого соударения 20° формируются качественные сварные соединения, имеющие длину контакта 10 мм. Особое внимание уделено механизму индукции вторичных токов, возникающих при протекании первичного тока через катушку и создающих концентрированное электромагнитное поле, воздействующее на титановые CP-Ti и медные Cu110 заготовки в процессе сварки. На основе результатов исследований разработаны практические рекомендации по подбору оптимальных геометрических характеристик и материалов для изготовления формирователей поля. Установлено, что латунные формирователи, применяемые в магнитно-импульсной сварке, демонстрируют наилучшее сочетание показателей электропроводности и механической прочности, благодаря чему достигается эффективное функционирование всей системы. При работе с титановыми заготовками рекомендуется использовать формирователи с увеличенной рабочей зоной, обеспечивающей более интенсивное воздействие, а для медных деталей достаточно формирователей компактной конструкции. К основным проектным параметрам относятся радиус кривизны, согласованный с конфигурацией катушки, и расчетная толщина стенок, которая должна обеспечивать одновременно механическую прочность конструкции и эффективное перераспределение электромагнитного поля. Предложенные решения помогают добиться стабильного качества соединения разнородных металлов, а также способствуют развитию технологии магнитно-импульсной сварки. Полученные результаты имеют большое значение для электротехнической и машиностроительной отраслей промышленности, так как способствуют повышению надежности и воспроизводимости процесса сварки ответственных конструкций и вносят существенный вклад в развитие технологии магнитно-импульсной сварки.
EDN YCUITO
Литература
[1] Ахмед Солиман М.Э., Курлаев Н.В., Шайдуров С.В. Совершенствование технологии электромагнитного обжима патрубка с жалюзи системы воздухообмена летательных аппаратов путем численного моделирование. Вестник Московского авиационного института, 2024, т. 31, № 3, с. 96–105.
[2] Bahmani M.A., Niayesh K., Karimi A. 3D Simulation of magnetic field distribution in electromagnetic forming systems with field-shaper. J. Mater. Process Technol., 2009, vol. 209, pp. 2295–2301.
[3] Oliveira D.A., Warwick M.J. Electromagnetic forming of aluminum alloy sheet. J. Phys., 2003, vol. 110, pp. 293–298.
[4] Nassiri A., Campbell C., Chini G., Kinsey B. Analytical model and experimental validation of single turn, axi-symmetric coil for electromagnetic forming and welding. Procedia Manuf., 2015, vol. 1, pp. 814–27.
[5] Ashish K. Rajak, Sachin D. Kore. Application of electromagnetic forming in terminal crimping using different types of field shapers. JMST, 2018, vol. 32 (9), pp. 4291–4297.
[6] Ахмед Солиман М.Э. Исследование деформирования листовых алюминиевых сплавов при формообразовании деталей летательных аппаратов давлением импульсного магнитного поля: Дис. … канд. техн. наук: 01.02.06. Новосибирск, 2022, 239 с.
[7] Ахмед Солиман М.Э. Численное исследование высокоскоростной сварки угловым ударом методом гидродинамики сглаженных частиц. Инженерный журнал: наука и инновации, 2024, вып. 12, с. 1–17. EDN EGHEYD
[8] Walsh J.M. Limiting conditions for jet formation in high velocity collisions. J. Appl. Sci., 1953, vol. 24 (3), p. 349.
[9] Bahrani A., Black T., Crossland B. The mechanics of wave formation in explosive welding. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences, 1967, vol. 296 (1445), p. 123.
[10] Дудин А.А. Магнитно-импульсная сварка металлов. Москва, Металлургия, 1979.
[11] Дерибас А.А. Физика упрочнения и сварки взрывом. Новосибирск, Наука, 1972, 188 с.
[12] Захаренко И.Д. Сварка металлов взрывом. Минск, Наука и техника, 1990, 205 с.
[13] Коларов Д.И. [и др.]. Механика пластических сред. Москва, Мир, 1979, 302 с.
[14] Крупин А.В. [и др.]. Деформация металлов взрывом. Москва, Металлургия, 1975, 416 с.
[15] Никитин И.С. Динамика слоистых и блочных сред с проскальзыванием и трением. Препринт ИПМ АН СССР, 1989, 52 с.
[16] Пейре Р., Тейлор Т. Вычислительные методы в задачах механики жидкости. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1986, 352 с.
[17] Бураго Н.Г., Кукуджанов В.Н. Решение упругопластических задач методом конечных элементов. Пакет прикладных программ «Астра». Препринт ИПМ АН СССР, 1983, 194 с.
[18] Gulbin V.N., Chudnovsky A.O., Vertman A.A. High-speed plastic deformation in bimetal Explosion welding. Journal de Physique IY. 3rd International Conference on Mechanical and Physical Behavior of Materials under Dynamic Loading. October 14–18. Starsbourg, France, 1991.
[19] Гульбин В.Н., Никитин И.С. Методика расчета параметров режима сварки взрывом разнородных металлов. Сварочное производство, 1995, № 1, с. 18–25.