应用Designer与HFSS对激光焊接工艺的联合仿真

应用Designer与HFSS联合仿真技术研究激光焊接工艺对连接性能的影响。首先,在HFSS中建立一个标准的BGA焊点模型,通过改变其尺寸参数仿真,得到使回波损耗最小的参数组合;随后,在Designer中建立激光模型,把HFSS中的焊接连接工艺模型以N端口元件的形式嵌入到Designer建立的激光中,进行联合仿真;最后,对嵌入焊接连接工艺前后的仿真结果进行对比分析,得出焊点及焊点尺寸的改变对激光性能的影响。在高频段,随着焊点高度的增加,焊点的回波损耗随之减小,当焊点高度为0.50 mm时,回波损耗最小,因而应优先选择0.50 mm的焊点高度。     

焊接电流对漆包线铜箔点焊接头质量的影响

针对某些电子元器件的特殊要求,研究漆包线铜箔单面点焊这一重要应用形式。对0.1 mm漆包线和0.2 mm铜箔进行单面点焊试验,在其他焊接参数不变的情况下,试验分析了焊接电流大小对接头质量的四个指标(接头拉断力、焊点宽度、焊点长度和接头表面状况)的影响。结果表明:焊接电流和接头拉断力呈抛物线曲线关系,随着焊接电流的增加,接头拉断力随之增加并达到峰值,由于线材热影响区软化的原因,继续增加电流,接头拉断力开始下降;随着焊接电流的增加,焊点宽度呈指数增长;由于受线材的轴向约束作用,焊接电流对焊点长度无明显影响;当电流超过一定阈值时,接头出现铜线表面熔化、电极粘连等焊接缺陷。     

面向完整传输路径的BGA焊点信号完整性分析及优化

建立了基于BGA(ball grid array)焊点的完整传输路径的HFSS(high frequency simulator structure)电磁仿真模型,基于该模型对完整传输路径在高频条件下的信号完整性问题进行了分析,得到了其回波损耗仿真结果,以及焊点最大径向尺寸、焊点高度尺寸、焊盘直径尺寸对回波损耗的影响. 并以焊点最大径向尺寸、焊点高度尺寸、焊盘直径尺寸为设计参数,以完整传输路径6 GHz下的回波损耗作为目标值,设计17组试验仿真计算,采用响应曲面法对仿真计算所得的17组完整传输路径回波损耗与BGA焊点形态参数间关系进行拟合,结合遗传算法对拟合函数进行优化,得到完整传输路径回波损耗最小的BGA焊点组合参数为焊点最大径向尺寸1.05 mm,焊点高度0.75 mm,焊盘直径0.65 mm,并对最优组合参数仿真验证,最优组合仿真结果优于17组试验仿真结果,实现了完整传输路径中BGA焊点的结构优化.     

不锈钢电弧铆焊工艺

为了减小焊接变形，采用电弧铆焊的方法，以搭接形式连接3 mm和5 mm厚的0Cr18Ni9不锈钢钢板，主要研究三段焊接电流对焊点熔深、熔核尺寸及焊点抗剪力的影响。研究结果表明，随着第一段和第二段焊接电流的增大，焊点熔深、熔核尺寸及焊点抗剪强度随之增大。第一段焊接电流主要影响焊点的熔深，第二段焊接电流对焊点的熔深和熔核尺寸均有较大影响，尤其是熔核尺寸，而第三段焊接电流对熔深和熔核尺寸均无影响，却是焊点外观形貌的主要影响因素。优化第一段和第二段焊接电流的相关参数，可以提高焊点抗剪强度。     

6010铝合金电阻步进缝焊温度场数值模拟

采用Abaqus软件对电阻步进缝焊连续3个焊点的温度场进行了数值模拟,研究了焊点成型过程中熔核区、热影响区、母材区和相邻焊点之间重叠区域的温度场变化特征以及前焊点对后焊点成型过程的影响规律,在此基础上进一步研究了焊接参数对焊点成型形状的影响。结果表明,焊接过程中焊点不同区域的温度场分布和温度变化趋势不一致,重叠区在焊接极短时间内温度梯度变化复杂;因前焊点的预热作用,后焊点的最高温度、熔核长度、重叠量以及熔深受前焊点的影响明显;加大焊接电流或延长通电时间在使熔深加大的同时可以获得成型形状更为平直的焊点,通电时间对熔深的影响大于焊接电流。     

凸焊电流对高强钢螺母凸焊焊点质量的影响

通过对M10圆形四角螺母和DP590钢板的螺母凸焊焊接试验,分析了凸焊电流对焊点尺寸以及焊点质量的影响,并利用Sorpas软件模拟了螺母凸焊焊接过程,研究了凸焊电流对焊点峰值温度分布、组织分布以及焊点裂纹敏感系数的影响。研究结果表明:随着凸焊电流的增大,凸焊焊点的焊核尺寸是明显增大的。当焊接电流增大到一定程度后,继续增大焊接电流,焊核尺寸变化不明显,但是会使飞溅增大,使焊核中形成孔洞,而且会使螺母表面出现较为严重的烧损。电流较小时,焊点开裂倾向相对大的地方是在钢板母材上,而电流较大时,开裂倾向最大的区域是在螺母凸点根部内侧。     

测二次电流的恒电流电阻焊控制装置

交流恒电流电阻焊控制装置能正确控制电阻焊的主要参数,从而找出造成焊接不良的原因。并经有效值运算回路,在每半周终了时就可运算出它的有效值。该有效电流值与数码开关设定的电流值相比较,依靠电压相位移相回路与设定电流值相比,若焊接电流小那么下半周可控硅的触发角可相应地向前推进,反之可推迟计时信号的产生。该信号经脉冲触发回路放大后作为可控硅     

基于固有应变法的超高强钢电阻点焊变形研究

针对超高强钢汽车门槛焊接结构,采用有限元仿真软件,基于固有应变理论建立了超高强钢电阻点焊变形的有限元分析模型,研究了不同焊点距离对门槛结构焊接变形的影响。通过与试验对比,证明了所建立模型的精确性和可靠性。结果表明,非对称门槛结构的焊接变形随焊点距离增大会显著降低,当焊点距离大于90 mm时,最大焊接变形量可控制在1 mm内。     

3D封装微尺度CSP焊点随机振动应力应变分析

基于ANSYS软件建立了3D芯片尺寸封装有限元模型,对模型中微尺度CSP焊点在随机振动载荷条件下进行有限元分析,获得了CSP焊点应力应变分布情况;分析了不同焊点材料、焊盘直径和焊点体积对应力应变的影响;并以焊点体积、焊点高度、焊盘直径为设计参数,以随机振动条件下CSP焊点应力值作为目标值,设计17组试验仿真计算,采用响应曲面法对17组应力值与微尺度CSP焊点形态参数间关系进行拟合,结合遗传算法对拟合函数进行优化.结果表明,随机振动环境下应力值最小的CSP焊点组合参数为焊点最大径向尺寸0.093 mm、焊点高度0.077 mm、焊盘半径0.068 mm,并对最优组合参数仿真验证,最优组合仿真结果优于17组试验仿真结果,实现了随机振动环境下微尺度CSP焊点的结构优化.     

PH1500热成形钢电阻点焊焊接性能研究

研究PH1500热成形钢的电阻点焊焊接特性,探讨该工艺下钢板的焊接电流窗口、焊点的微观组织、显微硬度和力学性能等方面的特点,分析其焊接特性。结果表明,1.2 mm厚的该钢种焊接窗口为1.6 kA,最小和最大焊接电流分别为7.2 kA和8.8 kA。在最小和最大焊接电流下,焊点的热影响区都存在软化点。最小焊接电流下焊点焊缝的硬度值波动较小,焊缝硬度略高于最大焊接电流下焊点焊缝的硬度值。相对来说,焊接电流对抗剪力的影响较小,对抗拉力的影响较大。     

同轴型光电子器件封装焊接的焊点熔池形貌分析

针对SC-TOSA同轴型光电子器件的封装焊接,利用ANSYS软件进行激光焊接模拟,建立了SC-TOSA器件的三维实体模型,设置了合理的激光热源函数,获得了不同激光参数作用下焊点熔池形貌特征及变化规律,并将仿真结果和实际焊接情况进行对比。仿真模拟结果与实测结果比较吻合,说明该焊接模型能有效地模拟激光焊接过程,为光电子器件的焊接参数选择提供了参考依据。     

汽车用DP800双相钢点焊工艺窗口和接头性能

开展2.0 mm厚DP800双相钢的电阻点焊试验,测试DP800双相钢点焊工艺窗口,研究焊接电流、焊接时间、电极压力对焊点拉剪力的影响规律,并观察接头不同区域的微观组织。结果表明,DP800高强钢焊接性较好,点焊工艺窗口满足工业应用要求;随着焊接电流和焊接时间的增加,焊点直径和拉剪力先增加后趋于平稳;随着电极压力的增加,点焊直径和拉剪力先增加后减小;焊点热影响晶粒细小,由马氏体组织构成;焊核为典型的柱状晶,显微组织为马氏体和少量的贝氏体。     

基于HFSS的内存芯片BGA焊点串扰仿真分析

建立了内存芯片球栅阵列(ball grid array,BGA)焊点串扰HFSS(high frequency simulator structure)电磁仿真模型,基于该模型对两个BGA焊点在高频条件下的串扰问题进行了分析,得到了其近端串扰和远端串扰仿真结果,以及信号频率、BGA焊点最大径向尺寸及BGA焊点高度对串扰强度的影响.利用正交试验设计方法,对16组不同参数水平组合的两个BGA焊点远端串扰进行方差分析.结果表明,近端串扰和远端串扰随信号频率增大、焊点最大径向尺寸增大及焊点高度增大而增大;在置信度为90%情况下,焊点最大径向尺寸对BGA焊点远端串扰有显著的影响,而焊点高度、信号频率对远端串扰影响不显著.     

5056铝合金氩弧焊接数值分析与熔池形貌研究

为研究铝合金钨极氩弧焊(Tungsten Inert Gas Welding,TIG)温度场的分布规律及焊接熔池的形貌特征,采用ABAQUS有限元软件建立了平板堆焊模型,进行了数值模拟与仿真。结果显示:在焊接方向上,焊接温度云图等温线呈前疏后密的分布特征;焊缝横截面的等温线呈一组同心半椭圆形貌。通过铝合金TIG焊接试验验证了仿真分析结果的准确性,试验采用150 mm×100 mm×10 mm的5056铝合金为焊接基板和直径为2 mm的2218铝铜合金丝材为焊丝,以不同电流值,在数控三轴联动平台上进行了单道焊接试验。结果表明,当输入电流增大时,熔池的宽度减小,熔池的深度增加,试验结果与数值仿真分析相吻合。并对焊接过程中存在偏析、裂纹、气孔、咬边等缺陷进行了分析,提出了具体解决措施。     

航天高强铝合金点焊工艺对焊点质量的细致影响

通过对航天高强铝合金点焊焊核的显微分析,得到了不同焊接参数(压力、电流)对焊核几何尺寸、晶粒大小的影响,获得了焊接参数与焊核显微组织的相关性,能够在焊接参数变化较小、特征信号没有明显变化的情况下观察到焊接参数对焊核质量的细致影响,为点焊过程的精量化控制的进一步研究打下了基础.采用有限元分析软件SYSWELD,对铝合金点焊过程进行了建模仿真.研究了不同电极力、点焊电流与焊点熔核半径等焊点特征量之间的关系及其规律性.     

汽车用DP590双相高强钢板电阻点焊性能研究

采用中频逆变点焊机对1.6mm厚的DP590钢板进行了电阻点焊试验,并对焊点的组织和硬度进行了分析,研究了焊接电流和焊接时间对熔核直径、焊点强度的影响。结果表明,点焊接头熔合区组织为板条马氏体,粗晶区为粗大的板条马氏体,细晶区为细小的马氏体和少量的铁素体;接头熔核区平均硬度约340HV10,热影响区最高硬度为400 HV10,均高于母材。在一定范围内,熔核尺寸、焊点的正拉强度和拉剪强度均随着焊接电流和焊接时间的增加而增加,当焊接电流过大时,又呈现降低的趋势。     

铝锂合金YAG-MIG复合焊焊缝成形特征

基于铝锂合金激光电弧复合焊焊缝成形特征的分析,对5A90铝锂合金YAG-MIG复合焊接工艺展开研究.固定选取合理的焊接位置条件下,讨论了激光功率、焊接速度、焊接电流和热源作用间距等主要焊接工艺参数对焊缝成形的影响规律.结果表明,两热源间距在0～6mm之间时有较好的复合效应;激光功率的增加对增大焊缝熔深和背面熔宽起主导作用;焊缝正、背面熔宽随着焊接速度的提高均明显减小,熔深亦有减小趋势;焊接电流加大时,焊缝熔深和熔宽显著增大.     

数字射线检测影像评价参数与透照参数的关系研究

以TC4钛合金试样为研究对象,对数字射线检测透照参数（曝光量、放大倍数、焦距）与图像信噪比及空间分辨率的关系进行研究。结果表明:在透照管电压为90 kV的条件下,当管电流在2.0~8.5 mA范围内,钛合金DR图像空间分辨率随着曝光量的增加无明显关系,DR图像信噪比随曝光量的增加而增大。当固定管电流为7 mA,放大倍数从1.0增加到5.0,DR检测图像空间分辨率与放大倍数呈正相关,而信噪比在放大倍数1.0~3.5倍之间呈现急剧增大后缓慢增加现象,放大倍数大于3.5倍后,信噪比趋于恒定值。保持放大倍数为2,源到探测器距离在100~180 cm范围内变化时,钛合金DR检测图像空间分辨率和图像信噪比均与源到探测器距离呈正相关。综合分析可知,在一定范围内,选择较高的曝光量、较大的源与探测器距离及合适的放大倍数,TC4钛合金图像空间分辨率和信噪比达到较高水平,提高系统缺陷检出能力。     

镀锡铜片电阻点焊工艺参数优化

为了优化镀锡铜片的电阻点焊工艺,采用正交试验法对表面镀锡3μm,尺寸为27 mm×11 mm×0.3 mm的无氧铜片进行电阻点焊试验研究和理论分析,研究了焊接参数对点焊接头的焊点直径和力学性能的影响,采用极差分析法分析了预热电流、预热时间、焊接电流、焊接时间、电极压力及保压时间等参数对镀锡铜片电阻点焊工艺的影响,并获得了其最优试验参数组合。研究结果表明:6个焊接工艺参数中,对焊点直径影响较大的是焊接电流和焊接时间,其它因素影响都相对较小;对剪切力影响最大的也是焊接时间与焊接电流,次要因素为保压时间与电极压力,预热电流与预热时间的影响最小。由试验结论可知,优化后的焊接工艺参数组合为:预热电流1200 A,焊接电流2600 A,预热时间25 ms,焊接时间12 ms,电极压力78.4 N,保压时间50 ms,此时能够获得外观成型良好,强度较高的焊点。     

HR800CP复相高强钢电阻点焊工艺性能研究

采用固定式中频逆变电阻点焊机对2.2 mm板厚HR800CP复相高强钢进行焊接,研究了该工艺下钢板的焊接电流窗口、焊点显微组织、力学性能和电极寿命,评价其电阻点焊焊接特性.结果表明,其焊接窗口为1.8 kA,满足使用要求.最大电流焊点的最大剪切力和十字抗拉力为28212.9 N和16917.2 N,较最小电流焊点的提高了14.4％和22.35％.以最大焊接电流连续焊接500个点后,焊核尺寸为6.30 mm,依旧大于最小焊核尺寸(5.93 mm),电极的使用寿命超过500个焊点.