高压电磁脉冲技术介绍

1.原理及概况

高压电磁脉冲技术是把脉冲高压强电流瞬间释放能量所产生的物理、化学、生物等效应直接应用于生产、军事、科研各领域的一项高新技术。

该技术在国外发展很快，除在国防、科研领域大量应用外，目前也已广泛应用于机械加工、材料改性、环境保护、卫生保健等行业，但在国内还是在近几年才得到重视。

大连理工大学高压电磁脉冲技术研究室长期从事这项技术研究及应用开发工作，先后承担了国家“八五”科技攻关、国家自然科学基金、省市科委基金及横向合作等大中型项目多项，并自筹资金开发研究了一批实用性强、见效快的项目，目前已取得阶段性威果。

2.几项高压电磁脉冲应用技术介绍

（1）液电成形技术

液电成形技术是利用液电爆炸效应产生的强大冲击对金属进行加工的一种高能成形技术。与其他成形技术相比，它有下列明显的优点：

a.成形速度高，可达每秒数百米，因而可提高材料的成形极限，适用于高硬度、高强度材料（如铸、钛、不锈钢等）的冲压成形。

b.工件回弹小，成形精度高。精度可达0.02〜0.05mm，成形后不需再加工。

c.可同时完成拉伸、冲孔、压印、翻边等复合加工工序，对形状复杂的零件，工序和工时可大为减少。

d.可以只用凹模或只用凸模冲制零件。

e.与炸药爆炸成形相比，能量易于控制，重复性好；无需专门爆炸场地，不需贮存雷管炸药等危险品；操作安全，可在车间内生产。

该技术特别适用于形状复杂、规格特殊或高硬度、高强度材料的工件的成形。例如，可用于形成多层不锈钢波纹管、非对称螺纹管等特殊部件。

（2）线爆喷涂技术

脉冲大电流通过金属丝，金属丝立即熔融、汽化、爆炸。熔融的金属微粒以极高的速度（200〜500m/s）喷射到周围工件的表面，形成坚固的涂层，此即线爆喷涂。

该技术有下列特点：

a.所有金属或合金，包括铸、钳等难熔金属，都可用作喷涂材料；

b.熔融颗粒的溅射可精确控制，涂层的再现能力高，涂层表面光滑，粗糙度小于5µm；

c.喷涂一次只需100µs左右，因此基体材料几乎不受热过程影响，能在金属、玻璃、陶瓷表面进行喷涂；

d.不仅能喷涂平面，而且特别适合管类工件内表面（甚至直径小于10mm）的喷涂；

e.涂层与基体的结合强度比火焰喷涂高数倍。

利用该技术可在工件的表面喷涂上具有各自特殊性能（如耐高温、耐磨损、润滑性能好等）的涂层，使工件寿命大大提高。

研制的线爆喷涂装置能对L<200mm，DN<50mm的管件内壁及平板的表面进行喷涂。

应用举例：a.铝合金汽缸内壁喷钮钢混合涂层，既保持了铝合金质量轻的特点，又提高了耐磨性和润滑性；b.轴承内壁喷涂钛、钳层，耐烧蚀；c.管道内壁喷涂钛、但层，耐腐蚀性大大提高。

（3）液电效应清砂除垢技术

当强电流脉冲放电在液体中发生时，液体中会产生强烈的爆炸效应，由爆炸产生的冲击波压力可达100~10000MPa，此即液电效应。

液电效应除用于金属工件成形外，也可用于铸件清砂、管道除垢、油井清洗等各方面。

a.铸件清砂清除铸件上的砂子是铸造过程中最脏最累的一道工序，目前常用的手工清砂、机械清砂等方法都存在劳动强度大、生产率低、清理质量差、环境污染严重等问题。将带砂铸件置于水中，利用液电效应给铸件清砂，则可克服上述不足。

用该法可清理铸钢、铸铁、铸铝等各类铸件，铸件大小可从几十克到几十吨，对复杂精密及具有盲孔的铸件特别适用，对清理难度较大的熔模铸件也很有效，因此是一种切实可行的清砂方法。

b.水管除垢锅炉、热交换器等设备常因管道被水垢堵塞而被迫停工停产，为清除水垢，常用机械或化学（酸洗）等方法，利用液电效应产生的强大冲击力来粉碎水管中的水垢，是近年来发展起来的新的除垢技术，它具有无腐蚀、无毒性、不损伤管道本体、除垢效果好等特点，在工业生产中正在得到越来越广泛的应用。

C.油井清洗油井在采油过程中，由于近井地带产生污染、堵塞，会使油层渗透率降低，油井产量下降。利用井下液中放电产生的冲击波，对周围油层冲击振动的方法可使油层裂缝增加、渗透率提高，从而使油井产量得到恢复。这种方法国外已经使用，国内尚无此种设备。该设备正在研制中。

（4）脉冲电磁场常温液体灭菌技术

脉冲强电磁场灭菌法是一种新的常温液体灭菌作用，而且对各种有效成分（如氨基酸、维生素等）几乎没有影响。特别是磁场，能几乎无阻碍地穿透玻璃、塑料和溶液，因此灭菌可在液体封装后进行，这就从根本上消除了灭菌后的液体灌装时可能产生的二次污染问题。

该技术现已完成可行性的实验研究，经扩大试验可进入规模性工业应用。

（5）刀具磁处理技术

利用脉冲磁场对刀具（如车刀、铳刀、钻头等）进行作用，可使刀具的内应力消除，使用寿命大大提高，这就是刀具磁处理技术。

这种技术可使刀具的使用寿命平均提高0.8~1倍，最高可达1.8倍。

该技术设备简单，投资少，安全可靠，且经济效益明显，是一项很有实用价值的高新技术。

（6）永磁起重吸盘

永磁起重吸盘是利用磁路瞬间变换原理而制成的一种新型起重吸盘，与电磁起重吸盘相比，有下列优点：

a.只在起重和卸重前，需要瞬间各通脉冲电流一次（时间约0.1s），而在起重作业过程中，不需通电，就靠吸盘本身的永磁力吸住重物（钢、铁等铁磁物质），故比同等级的电磁吸盘节能95%以上。

b.靠永磁力吸重物，安全可靠，不会像电磁吸盘那样，因停电而发生事故，从而也不需要造价昂贵的防断电装置。

c.体积小、质量轻、造价低。

该设备特别适合起重钢板、钢锭和形状规则的铁磁性重物，可在钢铁、冶金、码头、造船、铁路等部门广泛应用。

（7）功率型高压电源

高压电源是许多生产设备和科研仪器的核心，应用非常广泛。

3.小结

液电效应清砂除垢技术，能清除管道内外壁的污垢，因该法属物理法，具有无腐蚀、无毒性、不伤害管道本体、除垢效果好等特点。能清除DN15-DN500的管道，清除1000m、DN100的管道耗能约30度电，耗时约10d。