核能有一个黑暗的一面和光明的一面。黑暗的一面包括52,000吨的储存放射性废物，造成潜在的环境威胁以及恐怖主义目标。亮点是一种丰富的电源，具有最小的大气排放量。

就像20世纪60年代的太空计划一样，20世纪70年代的广泛核能计划产生了已经应用于各种制造过程的分流技术。磁脉冲焊接是这种技术转印的一个结果。

焊接过程是在20世纪60年代后期和20世纪70年代初开发的核能应用。Kurchatov核物理研究所的俄罗斯科学家发明了一种用于核燃料棒的脉冲磁焊的技术。

麦克斯韦实验室公司(圣地亚哥)批准了这项技术，并为西屋汉福德公司建造了焊接设备。西屋汉福德公司为美国能源部在华盛顿州汉福德经营一个核燃料制造设施。在美国，其他参与磁脉冲焊接早期开发的公司包括道格拉斯联合核公司(Richland, WA)和通用原子技术公司(San Diego)。这项技术的美国专利(#4,150,274)于1979年授予了三个俄罗斯人。

冷焊接工艺使用磁场来快速折叠一个组分，在形成冶金键上。焊接循环非常短，通常小于1秒。该技术非常适合加入不同的金属和圆柱形部件，例如空调管和管状空间框架。

众多好处

磁脉冲焊接为组装器提供了众多好处，如没有热输入，快速循环，加入不同材料的能力，以及大多数材料的基础金属强度。所产生的焊缝是真正的固态键。磁脉冲焊接是钎焊的良好替代品，因为它具有更大的可重复性。

magform公司(圣地亚哥)董事长兼首席执行官迈克尔·普卢姆说:“这个过程快速、清洁、非常节能，而且不会产生热量影响区域来改变任何部分的物理性质。”此外，它还可以在相似或不同的金属之间形成固态焊接。不像某些类型的焊接，不需要填充。”

普莱姆说，磁脉冲焊接的应用越来越广泛。例如，这种技术对汽车零部件制造商很有吸引力，因为它能够在很短的周期内将不同的材料(如铝和钢)连接起来。

典型的磁脉冲焊接系统包括电源，电源包含一组电容器，高速开关系统和线圈。要连接的部件插入线圈中，电容器组充电，高速开关被激活。当电流被施加到线圈时，产生磁场，并且外​​部部件折叠在内部件上。

它是如何工作的

磁脉冲焊接工艺的工作原理是将电容器组中储存的能量倾倒到线圈中，线圈的设计是由于电流在短时间内的快速变化而将电能转化为磁能。这就产生了磁场，在零件中产生了涡流。材料的导电性越高，系统的效率就越高。

涡流与线圈中的磁场相反，就产生了斥力。爱迪生焊接研究所(EWI, Columbus, OH)的应用工程师戴夫·沃克曼(Dave Workman)说:“这使得材料以极高的速度聚集在一起，形成了一种‘爆炸或冲击’焊缝。”“如果零件不是一个封闭的部分，那么涡流就不能循环，从而产生相反的磁场。

Workman补充道:“线圈必须承受驱动材料的力或脉冲，因此线圈和模具设计至关重要。”“一切都必须是电隔离的。导体和线圈产生的磁场可以与相邻的工具相互作用。正在进行的工作是在平板上创建一个线圈，但挑战是重大的。”

当铝管受到磁场作用时，它会向内收缩，并以足够的力量将自己焊接到固定组件上，例如钢或铝端配件。这个过程产生的是不需要加热的固态焊缝。机床控制零件的定位。

与传统焊接相比，焊接的温度要低得多。这一过程也是由内而外进行的，线圈在内胎管内，磁场迫使内胎与外胎之间形成焊缝。

磁脉冲焊接的过程与将两块永磁体固定在一起的过程类似。“当类似的磁极被推到一起时，它们就会相互排斥，”普卢姆解释说。“这和脉冲磁焊接的基本原理是一样的。

“通常，待焊接的部件与外部件同轴地定向为良好的电导体，”添加李子。“将两个部件放入线圈中。电流被排出到线圈中，产生两个磁场，一个在线圈中;在外导体中引起的电流产生第二场。”

根据普莱姆的说法，线圈产生的两个磁场中较强的磁场会膨胀，无法穿透第二个磁场，因此会产生一种压力，使部件运动起来。这与将两个永磁体放在一起时发生的现象相同，只是磁场的强度要大得多。外工件以大于每秒300米的速度加速。

“这很像一根球棒打棒球，”普拉姆解释说。“球棒是更大的场地，球是工件。球棒击中球并使它飞起来。当工件以足够的速度撞击内件，并且所有其他条件都是正确的，固态焊缝就产生了。所有的工作都在微秒内完成。”

装配应用程序

脉冲磁焊接传统上用于密封金属罐和核燃料销。然而，它即将成为一个大批量生产的过程。通常，任何圆形部分，如管对管接头，管对端接头或金属丝压接接头都是磁脉冲焊接的理想选择。

工人要求磁脉冲焊接是电气，汽车和航空航天应用的理想选择。“特别兴趣是加入冶金不相容或对热输入敏感的材料的能力，因为这种焊接过程没有创造融合区，”他指出。

材料的导电性、延展性和强度是重要的标准。据沃克曼介绍，磁脉冲焊接最适用于铜和铝等导电合金。他说:“我还没见过它用于塑料与塑料的焊接，但钢与塑料的机械接头是可能的。”

磁脉冲焊接可以加入爆炸粘合的大多数金属，只要部分可以加速。在键的形成中，它与爆炸性粘合相同。但是，而不是化学爆炸能量，它使用磁场将材料一起驱动。

沃克曼声称，用磁脉冲技术焊接的焊缝要短几个数量级。“焊接是一个能量脉冲，范围从10到50微秒，电压在数千伏特范围内，电流在30到850千安培之间。”

普卢姆说:“大量的实验已经完成，并且正在进行中，使用脉冲磁学将铝部件焊接到钢上，铝与铝，铜与钢，不锈钢与不锈钢。”

“预计的用途包括各种扭矩管，铝管焊接到钢轭，空间框架部分，压力容器密封和各种航空航天部件，”李子。“但是，我不知道任何高生产设施，实际安装了脉冲磁焊设备，并在连续生产中使用它。”

磁脉冲焊接的潜在汽车应用包括空调管，燃料管线，管状空间框架，支柱，冲击，燃料过滤器，管状座椅部件，驱动轴和电气连接。

Dana Corp.（托莱多，哦）一直在试验磁脉冲焊接几年。它使用该技术加入生产更轻，更有效的驱动轴的黑色和有色材料。

Dana公司Spicer drivesshaft Group高级设计总工程师Jim Duggan说:“我们的磁脉冲焊接工艺允许我们连接钢和铝组件，以创造各种各样的创新驱动轴设计。”其结果是，这种连接方式的性能优于传统MIG焊接和其他冶金附件工艺。”

磁脉冲焊接也可以是加入航空航天应用中使用的不同材料，例如镍钛。航空航天制造商传统上使用钎焊或气体钨弧焊（GTAW）来生产管状部件，如燃油管线。

与GTAW相比，磁脉冲焊接可以降低管状部件的检查成本和返工。其中一些组分受到染料渗透检查，而其他组件则接受X射线检测。根据EWI的说法，对于通过染料渗透剂检查的组件的组分和60％至70％的返工，它并不少见，并且对于那些由X射线检查的组件。

与GTAW相比，在航空航天应用中使用磁脉冲焊接的其他潜在优势包括能够消除焊接前的化学清洗步骤。该技术的过程变量也更少，而且易于自动化。

联合设计

磁脉冲焊接需要搭接关节配置。由于外部构件必须撞击内部以产生焊接，因此需要搭接接头。

Magneform公司的Plum表示，被加速的部件也必须是良好的导电体。电导率越高，越容易移动。电阻率小于或等于15微米欧姆厘米的材料可以直接焊接。这包括铝、铜、低碳钢和大多数贵重金属。

“用高电阻率焊接材料，必须将更具导电材料的”驱动器“放置在与外部件的紧密接触之外，”李子说。“例如，在不锈钢管上的铝环。只有外部的外部必须是高导电的。”

磁脉冲焊接的所有工作都在微秒内完成。因此，时间不是问题，除了装卸。普卢姆解释说:“就电而言，形状并不重要，只要零件是良导体，并有电流流动的路径。”“几何上的考虑让一些形状变得非常困难，比如矩形。侧边比边角更容易移动。”

正在进行开发以优化磁脉冲焊接过程，以允许加入非狭窄部件。正在开发非校集的线圈以允许线圈打开以增加部分可访问性。

“理论上，没有尺寸限制，”梅花说。“需要大量能量的焊接需要大型机器。成本与储存能量有些线性。最小的燃料棒直径小于0.25英寸。开发的典型部分直径高达10英寸。”

“我们的焊接部件超过3英寸直径，直径为0.15英寸，”加强了EWI的工人。“如果它太小，则磁场可以与本身相互作用。如果它太大，那么机器可能变得昂贵。经济学在这里发挥着重要作用。”

缺点

尽管磁脉冲焊接有许多优点，但该技术存在一些潜在的缺点。例如，虽然速度是汇编者的优势，但它也可以是一个限制。这种过程如此之快，因为材料没有时间伸展，因此不会借给材料的深层绘制。

普莱姆说:“要焊接的外部部件必须以每秒300米以上的速度加速。”“当一个快速移动的物体遇到另一个物体时，它会试图移动它。这就是焊接的原因。活动体与固定体相遇。

“缺点是内部部分必须具有足够的结构强度以承受撞击，”添加李子。“因此，除非有备用内部部分的心轴，否则不可能在另一个薄壁管上脉冲磁性焊接薄壁。”

脉冲磁焊机可以每秒循环一次。“最小是六，”李子。“通常，装载和卸载显示了主要的时间约束。”

焊接部件的同轴定位也是至关重要的，冲击角度也是如此。“通常，一个给定直径的线圈可以用于许多直径的部件，”Plum说。磁场成形器，或磁通量集中器，将工件与线圈电耦合是特定部件。

根据工人，磁脉冲焊接最初比其他类型的焊接技术更昂贵。“但是，一旦上升和运行，它的成本低于大多数其他过程，”他指出。

“资本成本将根据所需的储存量数量而变化，”增加李子。他说小型机器从100,000美元开始。

脉冲磁焊接的另一个缺点是所连接的材料需要导电。只有电阻率低的材料才容易使用，如铝、铜和低碳钢。