전자기 펄스 용접의 원리와 개발 현황

자기 펄스 용접 (MPW)

자기 펄스 용접(MPW)은 전자기 압력을 사용하여 하나의 작업물을 가속하여 다른 작업물에 충격을 가하는 고체 상태의 과정입니다. 이 과정에서 생성된 금속 결합은 폭발 용접에서 생성된 결합과 유사합니다. MPW는 비슷하지 않은 재료를 결합하는 능력으로 높이 평가받고 있습니다.

과정의 물리학

전자기 금속 가공은 1800년대 후반에 개발되었으며, 이후 대부분의 응용은 금속 성형에 사용되었습니다. 그러나 최근에는 이 기술을 용접에 적용하려는 관심이 크게 증가하였습니다.

금속 성형과 용접 모두 동일한 물리학을 기반으로 합니다. 이 과정은 주 회로에 의해 구동됩니다. 보통 5에서 200kJ의 상당한 에너지가 고전압(3,000에서 30,000V)으로 충전된 커패시터에 저장됩니다. 그런 다음 커패시터는 낮은 인덕턴스와 고도로 전도성인 버스 바를 통해 코일 또는 액추에이터로 방전됩니다. 이로 인해 댐프드 사인파 형태의 전류가 생성되며, 이는 링킹 인덕턴스-저항-커패시턴스 회로로 특징지어집니다. 이 과정 동안 피크 전류는 수만에서 수백만 암페어(A)에 이르며, 펄스 폭은 수십 마이크로초입니다. 이는 코일 근처에서 매우 강한 일시적인 자기장을 생성합니다. 자기장은 인접한 도전성 재료에 유도 전류를 생성하며, 이 전류는 주 전류와 반대 방향으로 흐릅니다. 코일과 작업물의 반대 자기장이 고반발력을 생성합니다. 이 힘은 플라이어(드라이버) 작업물을 고속으로 목표물(정지된 작업물)로 이동시켜 두 금속 사이에 강한 충격을 일으킵니다.

 

전원 장치

MPW 시스템의 필수 구성 요소는 커패시터 뱅크입니다. 시스템에 저장된 에너지는 다음 방정식을 사용하여 결정됩니다:

[ E = frac{1}{2}CV^2]

여기서 E는 에너지, C는 커패시턴스, V는 전압을 나타냅니다. 에너지는 전용 충전 시스템에 의해 커패시터에 제공됩니다. 충전 시스템의 용량은 연속적인 용접 사이에 뱅크를 충전하는 데 필요한 시간을 제어합니다. 충전 회로는 일반적으로 액티브 냉각되어 생산 응용 중에 반복적으로 사용할 수 있습니다.

튜브 구조

MPW는 자동차 및 항공우주 응용 및 유체 운반 튜브에 대한 튜브 구조 결합에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. MPW 튜브 응용의 예는 그림 2에 나와 있습니다. 이 과정은 제조 비용을 상당히 줄일 수 있는 여러 가지 장점을 가지고 있습니다:

1. 모재보다 강한 고강도 조인트를 생성할 수 있습니다.
2. 누출 없는 용접을 만들 수 있습니다.
3. 밀리초 범위의 높은 용접 속도로 자동화에 적합합니다.
4. 이종 금속과 용접하기 어려운 재료를 결합할 수 있습니다.
5. 냉간 가공으로 즉시 처리가 가능합니다.
6. 열영향부(HAZ) 없이 용접이 이루어지며 변형이 최소화됩니다.
7. 후처리 작업 및 후용접 열처리(PWHT)가 필요하지 않습니다.
8. 필러 금속이나 보호 가스가 필요하지 않아 비용 효율적입니다.

응용

MPW는 다양한 유사 및 이종 금속 조합에 성공적으로 적용되었습니다. 알루미늄과 구리와 같은 고전도성 재료는 자기 펄스 프로세스로 쉽게 용접됩니다. 알루미늄은 철과 스테인리스 스틸에 성공적으로 용접되었으며, 구리도 철과 스테인리스 스틸에 성공적으로 용접되었습니다.

MPW는 연료 파이프, 연료 필터, 배기 시스템 구성 요소, 전력 케이블 및 자동차 차체 부품의 제작에 사용되었습니다. MPW 공정의 새로운 응용을 대량 생산으로 발전시키기 위해 지속적으로 연구되고 있습니다. 이 공정은 산업 전반에 걸쳐 응용이 증가하고 있습니다.

안전 수칙

MPW의 잠재적 위험에는 기계적 및 전기적 위험, 소음, 섬광 및 연기가 포함됩니다.

기계적

용접 기계는 작업자의 손이나 신체의 다른 부분이 다치지 않도록 적절한 안전 장치가 장착되어야 합니다. 푸시 버튼이나 풋 스위치와 같은 기동 장치는 우발적인 작동을 방지하도록 배열되고 보호되어야 합니다.

기계 가드, 고정 장치 및 작동 제어는 작업자가 코일과 작업물에 접촉하지 않도록 해야 하며, 공정과 관련된 용접 제트를 차단하거나 반사해야 합니다.

전기적

기계 및 제어 장치의 모든 도어와 접근 패널은 잠겨 있거나 상호 잠금되어 있어야 하며, 무단 접근을 방지해야 합니다. 상호 잠금 장치는 패널 도어가 열릴 때 전원을 차단하고 모든 커패시터를 적절한 저항성 부하를 통해 방전시켜야 합니다.

개인 보호

적절한 가드가 설치되어 작업자를 공정으로부터 격리해야 합니다. 용접 작업이 높은 소음 수준을 생성할 때는 작업 인원이 귀 보호 장치를 착용해야 합니다.

이와 같이 자기 펄스 용접(MPW)은 다양한 응용 분야에서 잠재력을 가지고 있으며, 적절한 안전 조치를 통해 효율적이고 안전하게 활용될 수 있습니다.