高壓電磁脈沖技術(shù)介紹

1.原理及概況

高壓電磁脈沖技術(shù)是把脈沖高壓強電流瞬間釋放能量所產(chǎn)生的物理、化學(xué)、生物等效應直接應用于生產(chǎn)、軍事、科研各領(lǐng)域的一項高新技術(shù)。

該技術(shù)在國外發(fā)展很快，除在國防、科研領(lǐng)域大量應用外，目前也已廣泛應用于機械加工、材料改性、環(huán)境保護、衛生保健等行業(yè)，但在國內還是在近幾年才得到重視。

大連理工大學(xué)高壓電磁脈沖技術(shù)研究室長(cháng)期從事這項技術(shù)研究及應用開(kāi)發(fā)工作，先后承擔了國家“八五”科技攻關(guān)、國家自然科學(xué)基金、省市科委基金及橫向合作等大中型項目多項，并自籌資金開(kāi)發(fā)研究了一批實(shí)用性強、見(jiàn)效快的項目，目前已取得階段性威果。

2.幾項高壓電磁脈沖應用技術(shù)介紹

（1）液電成形技術(shù)

液電成形技術(shù)是利用液電爆炸效應產(chǎn)生的強大沖擊對金屬進(jìn)行加工的一種高能成形技術(shù)。與其他成形技術(shù)相比，它有下列明顯的優(yōu)點(diǎn)：

a.成形速度高，可達每秒數百米，因而可提高材料的成形極限，適用于高硬度、高強度材料（如鑄、鈦、不銹鋼等）的沖壓成形。

b.工件回彈小，成形精度高。精度可達0.02?0.05mm，成形后不需再加工。

c.可同時(shí)完成拉伸、沖孔、壓印、翻邊等復合加工工序，對形狀復雜的零件，工序和工時(shí)可大為減少。

d.可以只用凹?；蛑挥猛鼓_制零件。

e.與炸藥爆炸成形相比，能量易于控制，重復性好；無(wú)需專(zhuān)門(mén)爆炸場(chǎng)地，不需貯存雷管炸藥等危險品；操作安全，可在車(chē)間內生產(chǎn)。

該技術(shù)特別適用于形狀復雜、規格特殊或高硬度、高強度材料的工件的成形。例如，可用于形成多層不銹鋼波紋管、非對稱(chēng)螺紋管等特殊部件。

（2）線(xiàn)爆噴涂技術(shù)

脈沖大電流通過(guò)金屬絲，金屬絲立即熔融、汽化、爆炸。熔融的金屬微粒以極高的速度（200?500m/s）噴射到周?chē)ぜ谋砻?，形成堅固的涂層，此即線(xiàn)爆噴涂。

該技術(shù)有下列特點(diǎn)：

a.所有金屬或合金，包括鑄、鉗等難熔金屬，都可用作噴涂材料；

b.熔融顆粒的濺射可精確控制，涂層的再現能力高，涂層表面光滑，粗糙度小于5μm；

c.噴涂一次只需100μs左右，因此基體材料幾乎不受熱過(guò)程影響，能在金屬、玻璃、陶瓷表面進(jìn)行噴涂；

d.不僅能?chē)娡科矫?，而且特別適合管類(lèi)工件內表面（甚至直徑小于10mm）的噴涂；

e.涂層與基體的結合強度比火焰噴涂高數倍。

利用該技術(shù)可在工件的表面噴涂上具有各自特殊性能（如耐高溫、耐磨損、潤滑性能好等）的涂層，使工件壽命大大提高。

研制的線(xiàn)爆噴涂裝置能對L<200mm，DN<50mm的管件內壁及平板的表面進(jìn)行噴涂。

應用舉例：a.鋁合金汽缸內壁噴鈕鋼混合涂層，既保持了鋁合金質(zhì)量輕的特點(diǎn)，又提高了耐磨性和潤滑性；b.軸承內壁噴涂鈦、鉗層，耐燒蝕；c.管道內壁噴涂鈦、但層，耐腐蝕性大大提高。

（3）液電效應清砂除垢技術(shù)

當強電流脈沖放電在液體中發(fā)生時(shí)，液體中會(huì )產(chǎn)生強烈的爆炸效應，由爆炸產(chǎn)生的沖擊波壓力可達100~10000MPa，此即液電效應。

液電效應除用于金屬工件成形外，也可用于鑄件清砂、管道除垢、油井清洗等各方面。

a.鑄件清砂清除鑄件上的砂子是鑄造過(guò)程中最臟最累的一道工序，目前常用的手工清砂、機械清砂等方法都存在勞動(dòng)強度大、生產(chǎn)率低、清理質(zhì)量差、環(huán)境污染嚴重等問(wèn)題。將帶砂鑄件置于水中，利用液電效應給鑄件清砂，則可克服上述不足。

用該法可清理鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁等各類(lèi)鑄件，鑄件大小可從幾十克到幾十噸，對復雜精密及具有盲孔的鑄件特別適用，對清理難度較大的熔模鑄件也很有效，因此是一種切實(shí)可行的清砂方法。

b.水管除垢鍋爐、熱交換器等設備常因管道被水垢堵塞而被迫停工停產(chǎn)，為清除水垢，常用機械或化學(xué)（酸洗）等方法，利用液電效應產(chǎn)生的強大沖擊力來(lái)粉碎水管中的水垢，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新的除垢技術(shù)，它具有無(wú)腐蝕、無(wú)毒性、不損傷管道本體、除垢效果好等特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中正在得到越來(lái)越廣泛的應用。

C.油井清洗油井在采油過(guò)程中，由于近井地帶產(chǎn)生污染、堵塞，會(huì )使油層滲透率降低，油井產(chǎn)量下降。利用井下液中放電產(chǎn)生的沖擊波，對周?chē)蛯記_擊振動(dòng)的方法可使油層裂縫增加、滲透率提高，從而使油井產(chǎn)量得到恢復。這種方法國外已經(jīng)使用，國內尚無(wú)此種設備。該設備正在研制中。

（4）脈沖電磁場(chǎng)常溫液體滅菌技術(shù)

脈沖強電磁場(chǎng)滅菌法是一種新的常溫液體滅菌作用，而且對各種有效成分（如氨基酸、維生素等）幾乎沒(méi)有影響。特別是磁場(chǎng)，能幾乎無(wú)阻礙地穿透玻璃、塑料和溶液，因此滅菌可在液體封裝后進(jìn)行，這就從根本上消除了滅菌后的液體灌裝時(shí)可能產(chǎn)生的二次污染問(wèn)題。

該技術(shù)現已完成可行性的實(shí)驗研究，經(jīng)擴大試驗可進(jìn)入規模性工業(yè)應用。

（5）刀具磁處理技術(shù)

利用脈沖磁場(chǎng)對刀具（如車(chē)刀、銃刀、鉆頭等）進(jìn)行作用，可使刀具的內應力消除，使用壽命大大提高，這就是刀具磁處理技術(shù)。

這種技術(shù)可使刀具的使用壽命平均提高0.8~1倍，最高可達1.8倍。

該技術(shù)設備簡(jiǎn)單，投資少，安全可靠，且經(jīng)濟效益明顯，是一項很有實(shí)用價(jià)值的高新技術(shù)。

（6）永磁起重吸盤(pán)

永磁起重吸盤(pán)是利用磁路瞬間變換原理而制成的一種新型起重吸盤(pán)，與電磁起重吸盤(pán)相比，有下列優(yōu)點(diǎn)：

a.只在起重和卸重前，需要瞬間各通脈沖電流一次（時(shí)間約0.1s），而在起重作業(yè)過(guò)程中，不需通電，就靠吸盤(pán)本身的永磁力吸住重物（鋼、鐵等鐵磁物質(zhì)），故比同等級的電磁吸盤(pán)節能95%以上。

b.靠永磁力吸重物，安全可靠，不會(huì )像電磁吸盤(pán)那樣，因停電而發(fā)生事故，從而也不需要造價(jià)昂貴的防斷電裝置。

c.體積小、質(zhì)量輕、造價(jià)低。

該設備特別適合起重鋼板、鋼錠和形狀規則的鐵磁性重物，可在鋼鐵、冶金、碼頭、造船、鐵路等部門(mén)廣泛應用。

（7）功率型高壓電源

高壓電源是許多生產(chǎn)設備和科研儀器的核心，應用非常廣泛。

3.小結

液電效應清砂除垢技術(shù)，能清除管道內外壁的污垢，因該法屬物理法，具有無(wú)腐蝕、無(wú)毒性、不傷害管道本體、除垢效果好等特點(diǎn)。能清除DN15-DN500的管道，清除1000m、DN100的管道耗能約30度電，耗時(shí)約10d。