Elektromagnetisk pulsteknologi

Text av Mikael Marekovic, Hydro Bearbetning av Staffan Mattson

Fogning av komplexa bilkomponenter av multi-material på det mest kostnadseffektiva sättet ligger högt på agendan för de flesta biltillverkare. Elektromagnetisk pulsteknik är en av de processer som kan hjälpa dig att integrera aluminiumlösningar i din design.

Iden stora djungeln av sammanfogningsmetoder är elektromagnetisk pulsteknik (EMPT) en av de nyare med avseende på dess breda industrialisering. Det är en nischteknologi som är utmärkt för att sammanfoga, forma och svetsa elektriskt ledande material, såsom aluminiumprofiler och -plåt, och lysande för vissa tillämpningar, särskilt inom e-mobilitet. Eftersom det är relativt nytt, kanske du inte vet så mycket om tekniken, men det är inte det viktiga. Det som är viktigt är hur tekniken kan hjälpa dig att göra det du drömmer om att få göra: Bygga en fantastisk bil som är lätt, säker och tilltalande för de bilköpare du vill nå. Och förresten: EMPT bildar höghållfasta fogar genom elektromagnetisk krympning med en mekanisk låsning eller genom elektromagnetisk pulssvetsning med en metallurgiskt väl utbildad svets.

Bilkomponenter av multi-material EMPT hjälper dig att använda rätt material för rätt applikation. Ersättning av andra fogningsmetoder, såsom lasersvetsning och skruvförband med EMPT, kommer också att se smart ut när du kostnadsberäknar ditt projekt, speciellt vid högvolymproduktion.

Fördelar: • Kort processtid • Inga värmepåverkade zoner Inga deformationer Inga intermetalliska faser eller metallurgiska förändringar Läckagefria och heliumtäta anslutningar Hög repeterbarhet och pålitlighet Inga skyddsgaser Lätt att automatisera

EMPT i fordon och e-mobilitet EMPT-tekniken har haft framgångar inom kabelpressning och tryckkärl. Man hittar också batterikablar och förbindningar av kraftskenor, där svetsning av olika material såsom aluminium och koppar ger svetsar med lågt elektriskt motstånd genom EMPT-svetsen. I dag drivs tillväxten inom denna

fogningsteknik av e-mobilitet och batterianvändning. En anledning: Aluminium är det perfekta materialet för denna process.

Övrig potential hos bilkomponenter: • Stötdämpare och fjäderben • Chassikomponenter, såsom krockdetaljer i aluminium för space frame • Rörförbindningar • Balkar i instrumentpanel (IP) och sätesstrukturer • Batterilock

Magnetisk pulssvetsning Magnetisk pulssvetsning (MPW) är en svetsprocess i fast tillstånd som använder magnetiska krafter för att svetsa två arbetsstycken tillsammans. Svetsmekanismen är mest lik den för explosionssvetsning. Magnetisk pulssvetsning startade i början av 1970-talet, då fordonsindustrin började använda svetsning i fast tillstånd. Den största fördelen med magnetisk pulssvetsning är att bildningen av spröda intermetalliska faser undviks. Därför kan olika metaller svetsas, vilka inte kan förenas genom smältsvetsning. Med MPW kan högkvalitetssvetsar i samma och olika metaller framställas på mikrosekunder utan behov av skyddsgaser eller tillsatsmaterial.

Process MPW är baserad på en mycket kort elektromagnetisk puls (<100 μs), som erhålls genom en snabb urladdning av kondensatorer genom switchar med låg induktans till en spole. Den pulserade strömmen med en mycket hög amplitud och frekvens (500 kA och 15 kHz) ger ett magnetiskt fält med hög densitet, vilket skapar en virvelström i ett av arbetsstyckena. Repulsiva Lorentz-krafter skapas och ett högt magnetiskt tryck, långt över materialets hållfasthet, orsakar acceleration och ett av arbetsstyckena påverkar den andra delen med en kollisionshastighet på upp till 500 m/s. Under MPW utvecklas en hög plastisk deformation tillsammans med hög skjuvspänning och oxiduppbrytning tack vare strålen och de höga temperaturerna nära kolli-

En ihopklämd aluminiumburk, bearbetad i ett pulserande magnetfält skapat genom en snabburladdning på 2 kJ från en högspänningskondensator i en 3-varvsspole med grov tråd.

sionszonen. Detta leder till svetsning i fast tillstånd på grund av förfinad mikrostruktur, dislokationsceller, glidband, mikrotvillingar och lokal rekristallisation.

Principen för elektromagnetisk pulsteknik (EMPT)

När strömbrytaren (X) sluts, släpps elektrisk energi lagrad i kondensatorbanken (vänster) genom formspolen (orange), vilket ger ett snabbt växlande magnetfält som inducerar en ström som flyter i det metalliska arbetsstycket (rosa). Denna ström alstrar ett motsvarande motsatt magnetfält som snabbt repellerar arbetsstycket från formspolen och omformar arbetsstycket - i detta fall, komprimerar diametern på det cylindriska röret. De omvända krafterna som verkar på formspolen motverkas av det stöttande spolhuset (grönt). X

Kondensatorer