浅论电磁铆接技术在飞机上的应用
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一
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电磁铆 接 技术 的应 用
形 成墩 头 。
ｕＣ ｖ）
随着 航 天科 学 的 高速 发 展 ， 对材 料 的 要 求 也越 来 越 高 。为 了满 足 某 些 特 殊 要 求， 用高 强度 、 耐高 温 、 耐腐 蚀 的 钛合 金 来
。
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燧 夏
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图 ３信 号 电 阻电压 降波 形 电磁 铆 接试 验 包 括工 艺 参数 试 验 ， 铆 接的板件有 Ｔ Ｃ ３ ， Ｌ Ｙ １ ２ Ｃ Ｚ ， ３ ０ Ｃ ｒ Ｍｎ Ｓ ｉ 和 碳 环氧 复 合材 料 ， 夹层 最 大厚 度 达 １ ４ ｍ ｍ， 铆 钉有 Ｔ Ｂ ２ — １ ， Ｌ Ｙ１ ０ ， ３ ０ Ｃ ｒ Ｍ ｎ Ｓ ｉ ， 最 大 直径 为
升压 ， 由硅堆 Ｄ整流 后对 脉 冲 电容 器组 充 电， 储 存 电能 ， 高 压 开关 Ｋ导 通 后 ， 电容 器 Ｃ放 电 ， 在 电磁 发 生器 中的放 电线 圈 Ｃ ． 中
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放 电电流
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足 嚣， 中 其 一 ＝ ｉ 一 国 ｌ 一 Ｉ 居 ｉ ｎ 耐
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为 回路 振 荡 瓤 翠
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放 电电流变化率 ：
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二 线 圈间 的 电动力 ：
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试 验 中对铆 接 过 程进 行 了测 量分 析 ， 主要 为 放 电电流 测量 。 放 电电流 测量 采用 了罗果 夫斯 基线 圈 ， 其 原 理如 图 ３ ， 当放 电
厶
则 电磁调 制器 输入 端 的应 力波 为 ：
（ ｆ ） ：
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产生 强 大 的脉 冲 电流 ， 同 时在 其 周 围形 成 强 脉 冲磁 场 。次 级线 圈 Ｃ 中 由 于 电磁 感 应 而产 生 电涡 流 ， 此 涡 流 磁场 与 原 脉 冲磁 场反 向 。 由于电动 力 作用 ，电磁调 制 器 Ｓ 的输 入 端输 入一个 弹性 应力 波 。 此 电波在 ｓ中传播并调制、 放大 ， 从Ｓ 输出端透射到 铆钉中， 应 力波 在铆 钉 中以 弹塑 性 波形 形 式传播并在 ｓ 小端 的铆模和支座 Ｔ之 间 来回反射 ， 使铆钉产生塑性变形胀粗同时
充电后 电容器 中储存 的电场能 为 ：
Ｗｅ ＝Ｃ・ ｕ ０ ２ ／ ２
２
放 电 时 ，电 场 能 转 换 为 磁 场 能 为 ：
Ｗ ｍ＝ＬＩ ２ ／ ２
１ 一
代替铝合金。同时对钛合金的铆接工艺和 铆钉材料也提 出了相应要求。 为了有效地 将 钛铆 钉进 行 铆 接 ， 经 过 多 次试 验 ， 研 制 成功了电磁铆接设备 ， 在 国内第一次成功 地铆 接 了 ４ ｍ ｍ、 ６ ｍ ｍ 的钛 铆 钉 ，铆钉 镦 头直 径 、 干涉量 、 外 观均 符合 标准 。 二、 电磁 铆接 技术 和装 置 的原 理 电磁铆 接 技术 涉 及 高压 脉 冲 技术 、 电 磁学 、 电 动力 学 、 塑性动力学 、 材料学 、 制 造 工 艺学 等 多个 学科 ， 是 一 项难 度 较 高 的 综 合性 研 究课 题 。电磁 铆 接铆 钉 的过 程 ， 可 以视 为 弹 塑 性 加 载 波在 弹 塑 性线 性 硬 化 的有 限长 杆 中传 播 和 由 固定 端 反 射 干 涉 而使 铆 钉塑 性变 形 。 装 置原 理 图如 图 １ ， 其 主 要组 成 部分 有 高压 脉 冲 电源 ， 电磁 发 生器 ， 以及 机床 和测 试 系统 等 。 工作原 理 ： ２ ２ ０ Ｖ交流 电经变 压器 Ｆ
利用 瞬态 存 储 示 波 器记 录 的 测 量 线 圈信号电阻电压降波形如图 ４ 。从测量线 圈信 号 电阻 电压 降 波 形 图 可 以 看 出 电 磁 铆 接 的铆 接 速率 很 高 ， 成 形快 。电流 衰 减 到 ０时仅耗 时 ２ ｍ ｓ ，而 铆接 工作 主要 由第 个 半波 完 成 ， 耗 时仅 ２ ０ ０ ８ ， 与之 比较 ， 风动 铆枪 打击 速度 最 高为 ２ ６ ０ ０次 ／ 分钟 ， 即每 次打 击耗 时 约 ２ ３ ｍ ｓ ， 考虑 活塞 的往 返 运动 ， 取 每次 打 击 为 ｌ Ｏ ｍ ｓ ， 为 电磁 铆 接 铆
上列 式 中 ｎ 。 为 充 电 电压 ， Ｃ 、 Ｌ 、 Ｒ分 别 为放 电 回路 中 总 的 电容 、 电感 、 电阻 ， ａ 为 二线 圈 间距离 。ｕ 。 为真 空磁 导率 。 由上 述 分 析可 知 ， 放 电 电流 为 正 弦衰 减振 荡 波 ， 入射 应 力波 波 形类 似 于全 波 衰 减整 流 波形 ，且只 有压 缩 波 而 无拉 伸 波 。 入 射应 力波 强 度 与放 电 电流 强 度 平 方 成 正 比， 如 图 ２所 示 ， 而 最 大 放 电 电流 幅值 取决 于 压 ｕ 。 、电容量 Ｃ和 电感 量 Ｌ 。ｕ 。 、 Ｃ 增加 ， Ｉ ｍ增 加 ； Ｌ增 大 ， Ｉ ｍ减 小 。 由回路频 率 ∞ 可 以 推知 ，脉 冲宽 度 只取 决 于 Ｌ和 ｃ 。 Ｌ 、 Ｃ越大 ， 脉 冲宽 度也 越大 。 当ｔ ＝ Ｏ 时，
电流 Ｉ （ ｔ ） 流经传输线时 ， 测量线圈 中产生 感 应 电动势 ， 并 在信 号 电 阻 Ｒ上有 电压 降 Ｕ ， 则 测 量 回路 的 电流 Ｉ ＝ ｕ ／ Ｒ， 由其 最 大 值 Ｉ ｍ可 得放 电电流最 大 幅值 ：
Ｉ ｍ ＝ｎ ｌ ｍ ＋ （ ＋ Ｒ ）
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Ｑ ： Ｑ 鱼 （ 工）
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工 业 技 பைடு நூலகம்
浅论 电磁铆接技术在飞机上的应用
薛 亮 （ 四川 成都 ６ １ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 本 文介 绍 了电磁铆 接技 术 的发展 和 特 点 ， 详 细说 明 了电磁 铆接技 术 和 装置 原理及 电磁 铆接 技 术 的应 用情 况。 关 键词 ： 电磁 铆接 ； 应力波； 电磁 调 制器 中图分 类 号： Ｖ ２ ６ 文献 标 识码 ： Ａ
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电磁铆 接 技术 的应 用
形 成墩 头 。
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图 ３信 号 电 阻电压 降波 形 电磁 铆 接试 验 包 括工 艺 参数 试 验 ， 铆 接的板件有 Ｔ Ｃ ３ ， Ｌ Ｙ １ ２ Ｃ Ｚ ， ３ ０ Ｃ ｒ Ｍｎ Ｓ ｉ 和 碳 环氧 复 合材 料 ， 夹层 最 大厚 度 达 １ ４ ｍ ｍ， 铆 钉有 Ｔ Ｂ ２ — １ ， Ｌ Ｙ１ ０ ， ３ ０ Ｃ ｒ Ｍ ｎ Ｓ ｉ ， 最 大 直径 为
升压 ， 由硅堆 Ｄ整流 后对 脉 冲 电容 器组 充 电， 储 存 电能 ， 高 压 开关 Ｋ导 通 后 ， 电容 器 Ｃ放 电 ， 在 电磁 发 生器 中的放 电线 圈 Ｃ ． 中
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产生 强 大 的脉 冲 电流 ， 同 时在 其 周 围形 成 强 脉 冲磁 场 。次 级线 圈 Ｃ 中 由 于 电磁 感 应 而产 生 电涡 流 ， 此 涡 流 磁场 与 原 脉 冲磁 场反 向 。 由于电动 力 作用 ，电磁调 制 器 Ｓ 的输 入 端输 入一个 弹性 应力 波 。 此 电波在 ｓ中传播并调制、 放大 ， 从Ｓ 输出端透射到 铆钉中， 应 力波 在铆 钉 中以 弹塑 性 波形 形 式传播并在 ｓ 小端 的铆模和支座 Ｔ之 间 来回反射 ， 使铆钉产生塑性变形胀粗同时
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放 电 时 ，电 场 能 转 换 为 磁 场 能 为 ：
Ｗ ｍ＝ＬＩ ２ ／ ２
１ 一
代替铝合金。同时对钛合金的铆接工艺和 铆钉材料也提 出了相应要求。 为了有效地 将 钛铆 钉进 行 铆 接 ， 经 过 多 次试 验 ， 研 制 成功了电磁铆接设备 ， 在 国内第一次成功 地铆 接 了 ４ ｍ ｍ、 ６ ｍ ｍ 的钛 铆 钉 ，铆钉 镦 头直 径 、 干涉量 、 外 观均 符合 标准 。 二、 电磁 铆接 技术 和装 置 的原 理 电磁铆 接 技术 涉 及 高压 脉 冲 技术 、 电 磁学 、 电 动力 学 、 塑性动力学 、 材料学 、 制 造 工 艺学 等 多个 学科 ， 是 一 项难 度 较 高 的 综 合性 研 究课 题 。电磁 铆 接铆 钉 的过 程 ， 可 以视 为 弹 塑 性 加 载 波在 弹 塑 性线 性 硬 化 的有 限长 杆 中传 播 和 由 固定 端 反 射 干 涉 而使 铆 钉塑 性变 形 。 装 置原 理 图如 图 １ ， 其 主 要组 成 部分 有 高压 脉 冲 电源 ， 电磁 发 生器 ， 以及 机床 和测 试 系统 等 。 工作原 理 ： ２ ２ ０ Ｖ交流 电经变 压器 Ｆ
利用 瞬态 存 储 示 波 器记 录 的 测 量 线 圈信号电阻电压降波形如图 ４ 。从测量线 圈信 号 电阻 电压 降 波 形 图 可 以 看 出 电 磁 铆 接 的铆 接 速率 很 高 ， 成 形快 。电流 衰 减 到 ０时仅耗 时 ２ ｍ ｓ ，而 铆接 工作 主要 由第 个 半波 完 成 ， 耗 时仅 ２ ０ ０ ８ ， 与之 比较 ， 风动 铆枪 打击 速度 最 高为 ２ ６ ０ ０次 ／ 分钟 ， 即每 次打 击耗 时 约 ２ ３ ｍ ｓ ， 考虑 活塞 的往 返 运动 ， 取 每次 打 击 为 ｌ Ｏ ｍ ｓ ， 为 电磁 铆 接 铆
上列 式 中 ｎ 。 为 充 电 电压 ， Ｃ 、 Ｌ 、 Ｒ分 别 为放 电 回路 中 总 的 电容 、 电感 、 电阻 ， ａ 为 二线 圈 间距离 。ｕ 。 为真 空磁 导率 。 由上 述 分 析可 知 ， 放 电 电流 为 正 弦衰 减振 荡 波 ， 入射 应 力波 波 形类 似 于全 波 衰 减整 流 波形 ，且只 有压 缩 波 而 无拉 伸 波 。 入 射应 力波 强 度 与放 电 电流 强 度 平 方 成 正 比， 如 图 ２所 示 ， 而 最 大 放 电 电流 幅值 取决 于 压 ｕ 。 、电容量 Ｃ和 电感 量 Ｌ 。ｕ 。 、 Ｃ 增加 ， Ｉ ｍ增 加 ； Ｌ增 大 ， Ｉ ｍ减 小 。 由回路频 率 ∞ 可 以 推知 ，脉 冲宽 度 只取 决 于 Ｌ和 ｃ 。 Ｌ 、 Ｃ越大 ， 脉 冲宽 度也 越大 。 当ｔ ＝ Ｏ 时，
电流 Ｉ （ ｔ ） 流经传输线时 ， 测量线圈 中产生 感 应 电动势 ， 并 在信 号 电 阻 Ｒ上有 电压 降 Ｕ ， 则 测 量 回路 的 电流 Ｉ ＝ ｕ ／ Ｒ， 由其 最 大 值 Ｉ ｍ可 得放 电电流最 大 幅值 ：
Ｉ ｍ ＝ｎ ｌ ｍ ＋ （ ＋ Ｒ ）
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Ｑ ： Ｑ 鱼 （ 工）
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浅论 电磁铆接技术在飞机上的应用
薛 亮 （ 四川 成都 ６ １ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 本 文介 绍 了电磁铆 接技 术 的发展 和 特 点 ， 详 细说 明 了电磁 铆接技 术 和 装置 原理及 电磁 铆接 技 术 的应 用情 况。 关 键词 ： 电磁 铆接 ； 应力波； 电磁 调 制器 中图分 类 号： Ｖ ２ ６ 文献 标 识码 ： Ａ