高壓電磁脈沖技術介紹

1.原理及概況

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

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

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

2.幾項高壓電磁脈沖應用技術介紹

（1）液電成形技術

液電成形技術是利用液電爆炸效應產生的強大沖擊對金屬進行加工的一種高能成形技術。與其他成形技術相比，它有下列明顯的優點：

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；無需專門爆炸場地，不需貯存雷管炸藥等危險品；操作安全，可在車間內生產。

該技術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、非對稱螺紋管等特殊部件。

（2）線爆噴涂技術

脈沖大電流通過金屬絲，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）噴射到周圍工件的表面，形成堅固的涂層，此即線爆噴涂。

該技術有下列特點：

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程影響，能在金屬、玻璃、陶瓷表面進行噴涂；

d.不僅能噴涂平面，而且特別適合管類工件內表面（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。

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

應用舉例：a.鋁合金汽缸內壁噴鈕鋼混合涂層，既保持了鋁合金質量輕的特點，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

當強電流脈沖放電在液體中發生時，液體中會產生強烈的爆炸效應，由爆炸產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強度大、生產率低、清理質量差、環境污染嚴重等問題。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，為清除水垢，常用機械或化學（酸洗）等方法，利用液電效應產生的強大沖擊力來粉碎水管中的水垢，是近年來發展起來的新的除垢技術，它具有無腐蝕、無毒性、不損傷管道本體、除垢效果好等特點，在工業生產中正在得到越來越廣泛的應用。

C.油井清洗油井在采油過程中，由于近井地帶產生污染、堵塞，會使油層滲透率降低，油井產量下降。利用井下液中放電產生的沖擊波，對周圍油層沖擊振動的方法可使油層裂縫增加、滲透率提高，從而使油井產量得到恢復。這種方法國外已經使用，國內尚無此種設備。該設備正在研制中。

（4）脈沖電磁場常溫液體滅菌技術

脈沖強電磁場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）幾乎沒有影響。特別是磁場，能幾乎無阻礙地穿透玻璃、塑料和溶液，因此滅菌可在液體封裝后進行，這就從根本上消除了滅菌后的液體灌裝時可能產生的二次污染問題。

該技術現已完成可行性的實驗研究，經擴大試驗可進入規模性工業應用。

（5）刀具磁處理技術

利用脈沖磁場對刀具（如車刀、銃刀、鉆頭等）進行作用，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。

這種技術可使刀具的使用壽命平均提高0.8~1倍，最高可達1.8倍。

該技術設備簡單，投資少，安全可靠，且經濟效益明顯，是一項很有實用價值的高新技術。

（6）永磁起重吸盤

永磁起重吸盤是利用磁路瞬間變換原理而制成的一種新型起重吸盤，與電磁起重吸盤相比，有下列優點：

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

b.靠永磁力吸重物，安全可靠，不會像電磁吸盤那樣，因停電而發生事故，從而也不需要造價昂貴的防斷電裝置。

c.體積小、質量輕、造價低。

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、鐵路等部門廣泛應用。

（7）功率型高壓電源

高壓電源是許多生產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，能清除管道內外壁的污垢，因該法屬物理法，具有無腐蝕、無毒性、不傷害管道本體、除垢效果好等特點。能清除DN15-DN500的管道，清除1000m、DN100的管道耗能約30度電，耗時約10d。