磁脉冲焊接和成型是独特的高速金属加工技术

资源中心

客户支持：+86 189-3049-5166

info@bmax.net.cn

来源: | 作者:佚名 | 发布时间: 2017-07-11 | 1093 次浏览 | 分享到:

汽车零部件使用铝合金可以减轻车身结构重量，使用这些合金备受关注。磁脉冲技术（MPT）（成型/焊接）是一种高速金属加工技术，它...

将铝合金用于汽车零部件可以减轻车身结构的重量，使用这些合金备受关注。磁脉冲技术（MPT）（成型/焊接）是一种利用电磁力对各种材料进行成型或焊接的高速金属加工技术，特别适用于具有高导电性的铝和铜合金。

FOURIN要在这里介绍Bmax（法国）公司。Bmax 在多个工业领域开发并提供 MPT。他们的目标是为日本和亚洲市场提供使用 MPT 的完整生产系统，以及从 2015 年开始在日本市场与 Bmax 的 IHI 合作。在这次采访中，我听到了汽车技术的概要和未来发展的可能性生产过程。

MPT是一种高速金属工艺，其成型速度可以达到比传统压力机速度高10-50倍。该原理虽然早已为人所知，但一直没有投入商业应用，原因是在现实中很难找到能够成型或焊接的最佳条件。然而，Bmax 通过在 LS-Dyna 中开发模拟编程代码，成功地将 MPT 商业化。

通过设计不同的线圈类型，Bmax 机器可以用于多种加工方法，例如焊接和成型。磁脉冲焊接是一种冷固态焊接工艺，可在室温下使两种金属产生原子结合。冲击角（焊接前材料之间的间隙）和冲击速度是重要的参数，当这些参数在一定条件下满足时，就会发生结合。结合面非常光滑，结合强度高于母材。

磁脉冲成形与连接原理相同，只是冲击速度比焊接低，并且加速金属撞击模具。也可以在水中进行高速成型，采用脉冲功率放电。在这种情况下，放电产生的冲击波可以将金属推向模具并使其成型。通过该技术可以实现金属更高的可成形性和更低的回弹。该技术还可与传统印刷机结合使用。它还可用于生产使用传统压力机无法实现的锋利边缘和精细形状。此外，磁脉冲压接可用于电阻更低、接合面比更高的电缆压接。

MPT已被应用于汽车生产线。2014 年，MPT 在兰博基尼 Huracan 的铝制发动机罩上形成了两条特征线。 MPT 用于其他一些工厂的汽车暖通空调零件或燃油滤清器的焊接。与传统焊接工艺相比，没有热效应是该工艺的一个非常好的优点。此外，线束制造商正准备在不久的将来引入 MPT 进行量产。MPT 的需求由于其优势，例如较低的成本和较高的产品质量，预计将增加。

磁脉冲焊接和磁脉冲成形在汽车生产中的应用

IHI Yokohama office, Ltd. 2017 年 2 月 21 日
基于对 Mehrdad Kashani 博士（Bmax，技术总监）、Takashi Yamazaki 先生（IHI 物流产业系统副总监）的采访

Bmax 提供电磁成型/粘合技术

Bmax 是脉冲电源系统及其应用领域的世界领先公司，例如磁脉冲焊接 (MPW) 和磁脉冲成形 (MPF)。Bmax成立于2011年，总部位于法国图卢兹。Bmax 与汽车制造商和其他公司合作，主要在欧洲和北美推动产品开发。尤其是在欧洲对铝合金用于汽车生产的要求更高，因此MPW和MPF可以很好地解决Al成型和焊接问题。

Bmax 中有两种主要的基础技术。MPW 和 MPF 是一种高速金属加工技术。I-Pulse（Bmax 集团公司）为采矿和汽车行业的广泛应用提供独特的技术和专业的工程和仿真支持。

IHI 提供系统的整体协调

IHI 于 2015 年 5 月与 Bmax（法国）签订了合作协议，并致力于专注于日本和亚洲市场开发的活动。支持 Bmax 的 IHI 在 IHI 横滨工厂开设了一个演示站点，并邀请了想要实际看到 MPT 加工的客户。

IHI主要经营四个领域。“资源·能源·环境”、“工业系统·通用机械”、“航空航天·国防”、“社会基础设施·海洋”。IHI物流产业系统公司（ILM）隶属于IHI集团的“产业系统·通用机器”。在该公司，ILM处理汽车工业用大型压力机、轮胎层压橡胶压延机等，物流系统ILM处理运输仓库、工厂清洁仓库、FA（工厂自动化）等。

自 2016 年以来，工业机械和物流系统的两个部门一直在合作，ILM 已经能够为汽车制造商提供车身生产所需的冲压车间。

ILM 的目标是开展一项业务，以 Bmax 提供的 MPW 和 MPF 技术为基础，为日本和亚洲的客户提供完整的自动化系统。目前，ILM 和 Bmax 可以在他们的 IHI 演示站点中进行可行性测试和样品制备。

什么是磁脉冲技术 (MPT)？

MPT是一种高速金属加工技术，它利用电磁力对金属进行高速加速。MPF 的速度大约是传统压力机的 10 至 50 倍。

这项技术的原理早已为人所知，自 1960 年代以来已经发表了许多论文。然而，由于难以找到材料的焊接和成型的最佳条件，因此需要很长时间才能投入商业使用。此外，也很难缩小 MPT 所需的设备（例如电容器组和电源开关）以使其适用于商业用途。

近年来，仿真和电脉冲功率元件技术的发展改变了这种情况。Bmax 还使用 2D&3D 仿真软件 (LS -Dyna) 获取材料对的焊接窗口并预测高速成型过程中的材料成型行为。

MPT系统中电流脉冲的持续时间很短，这很像雷暴，本质上是慢充快放。

通过使用多种线圈形状，Bmax 系统可以适应执行不同类型的加工，例如焊接、成型和压接。类似的控制面板和脉冲发生器可用于所有这些应用。脉冲发生器为模块化结构，容量可根据特定应用从 10 KJ 到 1MJ 不等。

• 磁脉冲焊接 (MPW)

例如，在环形线圈装置内部设置内管材料和外管材料。当电容器组能量通过线圈快速放电时，会产生一个大磁场。根据弗莱明定律，外管材料被大磁力加速并与内管高速撞击。根据碰撞压力和冲击角度，可以焊接外管材料和内部件材料。

冷固态焊缝的产生类似于爆炸焊接工艺，两种材料之间会产生波浪形的界面结构。可以实现具有高粘合强度的异种材料粘合，而没有热影响区。

冲击角度（与材料之间的间隙有关）和冲击速度是重要参数。当这两个参数在材料焊接窗口内时，就会发生结合。如下图所示，碰撞点从左向右移动，当碰撞角度和速度合适时，可以开始焊接。由于碰撞速度高，界面金属进入粘塑性相，金属表现为液体，并在原子水平上结合在一起。在高速冲击过程中，碰撞点也会产生金属射流，通过这种方法去除材料表面的污染层，从而使基材相互粘合。因此，无需在焊接前对材料进行预清洁。

当在控制面板上设置充电电压并操作开关时，开始放电。充电时间约为 2 至 5 秒，具体取决于充电值。如果机器设置为自动模式，充电完成后自动释放电流并进行焊接过程。放电的瞬间，有类似枪响的尖锐声音，但已经是一个人不堵耳朵也能忍受的程度。粘合后的材料可以立即用手触摸，它比体温略高。这种轻微的热量是由于金属的电阻和焦耳热造成的。

粘接面非常光滑，形状良好，在大多数情况下粘接强度高于基材。经高压爆破测试证明，管道和容器焊接部件具有非常好的气密性和气密性。MPW 可用于不同形状的零件，如平板和片材。

也可以连接不同的材料组合。然而，具有高导电性的铝和铜是特别合适的。

• 磁脉冲成形 (MPF)

磁脉冲形成（MPF）的原理在使用电磁力方面是相同的。但是，冲击速度不同，金属会与模具发生冲击。成型时材料是否会直接与模具接合常常令人怀疑，但在成型的情况下，可以模拟碰撞速度和成型条件，以找到最佳成型条件。

MPF 的优点是更好的成型性、锋利的边缘、精细的形状和最小的材料回弹。MPF 的另一个优点是该系统可以与传统的压机系统结合使用。例如，可以先用传统的压力机成型一个大的零件，然后在冲压成型后应用 MPF 加工来达到更锋利的边缘或校正零件的应变。

成型方法有两种：（1）直接成型；其中待成型的金属由于施加的强磁场直接与金属模具高速碰撞 (2) 电液成型 (EHF)；其中我们在水中应用电极放电，以传播冲击波并将金属推向模具。

EHF 可用于较硬的材料，如不锈钢、铬镍铁合金和钛，它们的导电性较低，不太适合 MPF。在直接MPF中，由于线圈尺寸的限制，可以加工的材料尺寸被限制在600cm 2 左右。但在EHF的情况下，成型尺寸可以达到几平方米。在 EHF 过程中，可以应用多脉冲模式进行高深成形。

空中客车直升机（法国）实际上正在使用 EHF 工艺来形成直升机的导油器。材料最初是铝A6061T0，过去通常分几个步骤成型：（1）压制成型（第一步）→2）压制成型（第二步）→3）热处理（从T0回火到T4） → 4) 冲压成型（校正）→ 5) 成型定型。在传统方法中，需要5个步骤来形成该部件，但是，通过使用EHF，作为坯料的铝A6061 T4可以仅在一个步骤中形成。EHF 工艺只需要单面模具即可形成如此复杂的零件。

还有一种方法叫做间接强积金。在该方法中，适用于不锈钢或钢（或其他低导电性材料）的成型，铝板可用作推动器。推动器将放置在线圈和坯料之间，铝上的感应电流将钢推向模具。然而，这种间接成型需要额外的材料，成型过程中的优点不及其他两种方法。

• 磁脉冲压接 (MPC) 和扩展 (MPE)

磁脉冲压接 (MPC) 与焊接不同，金属彼此之间没有冶金接触，只是机械接触。例如，外部部件可以形成为内部部件的凹槽并且彼此牢固地卷曲。由于金属在 MPC 过程中具有更高的可成形性，回弹效应可以忽略不计，因此接头强度远优于机械压接。例如，当应用 MPC 将电线连接到端子时，电线和端子之间几乎没有间隙。因此，可以制造具有高内部密度和低电阻的电线。汽车行业正在推动电动汽车的发展，预计未来对高质量压接技术的需求将会增加。

• 电磁成型/焊接技术在汽车生产中的应用

MPF 首次用于兰博基尼 Huracan 汽车引擎盖的生产，工艺细节已在“2014 年车身工程中的门和关闭，2014 年第五届国际基准会议”上公布。虽然它可能因为产量低而与量产线略有不同，但它是MPF在商用车生产中应用的一个很好的例子。

Huracan 的引擎盖由传统的压力机形成，两条字符线由 MPF 工艺形成。在这个过程中，线圈放置在汽车引擎盖的底部，模具放置在引擎盖的顶部。这意味着引擎盖汽车的空白片将夹在它们之间。一匝线圈仅放置在形成字符线所需的部分区域中。采用厚度约1.5mm的6000系列铝板作为机罩材料，采用MPF技术成功形成半径为0.1mm的锐线。使用传统的压力机无法进行这种锐利的线条成型。

其他一些公司也使用 Bmax MPW 系统焊接 3000 系列铝盖和铝管，用于汽车暖通空调部件或燃油滤清器。与MIG焊接或激光焊接相比，MPW具有很大的优势。由于焊接过程中没有热影响区，因此内部带有塑料过滤器的零件可以焊接而不会对其造成任何损坏。

在欧洲，世界著名的线束制造商正在考虑使用 MPC 技术进行电缆压接。与传统的机械压接加工相比，采用MPC工艺可以减小端子连接器的厚度，从而可以降低材料成本。随着电动汽车产量和 EV 汽车行业的逐渐增加，我们认为未来对铝和铜的 MPW 和 MPC 的需求将增加。在日本，车企也开始考虑将磁脉冲技术用于量产产品，但在此之前需要进行多次研发调查。

还可以在金属表面形成使用传统方法难以形成的精细形状。车身和门板上的尖锐字符线是磁脉冲技术的一个例子。奢华包装的精美和锐利设计是最近受到关注的另一个应用。

MPT 生产线的自动化将是一个具有挑战性的问题

有必要根据每种磁脉冲技术应用的材料零件的特定形状和类型来准备线圈和夹具。因此，除了主发电机成本外，制造这些部件还需要成本。根据可行性测试和仿真结果，Bmax 可以设计线圈和夹具。但是，客户也可以在获得一些专业知识后独立准备它们。IHI和Bmax为客户提供完整的支持。自动化、在线 QC 系统将是在大规模生产中使用 MPT 的重要问题。IHI 和 Bmax 计划将生产线作为包括自动化以及支持和维护在内的整体系统提供。

IHI演示站点