回流焊冷却过程中PBGA焊点力学行为分析

以热弹塑性理论为基础,建立球栅阵列PBGA焊点在回流焊工艺中焊接应力的有限元模型,利用ANSYS的热结构耦合功能,采用生死单元法对Sn-Ag-Cu焊点回流焊的冷却过程进行数值模拟分析.焊点冷却结晶后的初始阶段,等效应力随温度的降低快速增加,当焊点的温度逐渐降低至室温时,等效应力为最大.结果表明,在回流焊接工艺中,PBGA焊点的裂纹极可能发生在焊料冷却结晶后的初始阶段,在焊点高应力集中区首先开裂,并在应力的作用下沿界面逐渐扩展.对焊料凝固初期冷却速率的控制是减少焊接裂纹产生的有效方法.     

含凹坑缺陷管道环焊缝应力有限元分析

基于有限元方法,采用ABAQUS有限元仿真模拟软件,参考实际管道环焊缝的坡口形状和热影响区材料的软化现象,建立了含凹坑缺陷管道环焊缝非线性有限元分析模型,对不同载荷作用下的含凹坑缺陷管道环焊缝进行应力分析,探讨了凹坑尺寸、焊缝余高以及热影响区材料属性等因素对应力分布的影响规律.结果表明:凹坑周边发生明显的应力集中,凹坑深度对管道极限承载力影响显著,随着凹坑深度的增加,腐蚀管道的最大等效应力显著增大,且峰值应力集中在焊缝区;腐蚀管道在极端拉伸载荷作用时,焊缝余高内凹坑缺陷的最大等效应力集中在热影响区;凹坑深度大于余高时,最大等效应力位于焊缝中心的凹坑边缘.     

不同引线数QFP器件焊点等效应力的数值模拟

采用有限元方法对不同引线数QFP器件焊点的等效应力进行了数值模拟,研究发现,热循环后的PCB板有向外翘曲趋势,但变形较小;陶瓷基板上翘趋势较大,总体变形较明显,且其对引线的拉伸力会加剧焊点裂纹的扩展.在最外侧存在焊点最大应变值,QFP器件鸥翼形引线焊点的焊点根部与焊趾处等效应力较大,焊点根部等效应力比焊趾处大,中间区域等效应力最小.理论计算显示QFP100器件应力最小,QFP48次之,QFP32应力最大.焊点拉伸试验结果显示QFP100器件抗拉强度最大,QFP48次之,QFP32最小,与数值模拟结果完全吻合.     

考虑IMC影响的PBGA无铅焊点温度循环有限元数值模拟

采用ANSYS统一Anand粘塑性本构方程描述SnAgCu焊点非弹性形变.对考虑IMC的PBGA焊点与不考虑IMC的PBGA焊点在温度循环载荷作用下的应力应变响应进行分析比较.结果表明,远离中心位置的外侧焊点承受更大的应力应变;在温度循环加载过程中IMC层积累了较大的应力;由于IMC层的硬脆性材料特性,应力不会通过塑性形变释放,使焊料在高应力IMC界面发生较大的塑性形变;IMC焊点高应力集中区的应力应变迟滞回线所代表的应变能高于不考虑IMC的焊点,导致其热疲劳寿命远低于不考虑IMC的焊点,与实际温度循环试验结果更为接近.     

热循环条件下温度效应对PBGA焊点可靠性的影响

基于有限单元法研究PBGA封装无铅SAC405焊点在-55~125℃热循环中的可靠性,探讨了温度效应对其应力应变分布的影响,分析了焊点裂纹的成长情况。结果表明:温度效应对PBGA封装的应力、应变分布具有一定影响;焊点的等效应力最大值位于焊点的上表面,关键焊点是对应于芯片距离对称中心最远处的焊点;裂纹形成在基板侧,沿着焊盘由焊点的外侧向内侧扩展。试验结果与模拟结果一致,验证了模拟结果的正确性。     

基于蠕变模型倒装芯片焊点疲劳寿命预测

采用有限元方法对倒装芯片的焊点进行数值模拟计算分析。结果表明,等效蠕变应变和等效塑性应变的最大值在芯片下的边缘焊点上表面;对焊点应力应变进行时间历程处理,在循环的开始阶段,应力松弛现象显著,同时塑性应变和蠕变应变都存在累积叠加趋势;对应力应变迟滞回线研究,发现曲线呈现周期性变化,随着温度的循环加载并趋于稳定。凭借Solomon模型和Shine and Fox模型,基于塑性应变和蠕变应变的交互作用,计算焊点的疲劳寿命,模拟结果和实际情况基本接近。     

含裂纹非均质焊接接头的残余应力分布

应用热弹塑性有限元的方法,研究了含裂纹非均质焊接接头的残余应力分布及板内塑性区特征。结果表明,对于焊前开裂纹接头,残余应力使板内裂尖附近产生明显的应力集中,残余应力的峰值高于焊接材料的屈服强度。此外,当裂纹尺寸大于焊缝宽度后,强度组配对应力集中的影响将逐渐减弱。     

J形引线焊点可靠性有限元分析

采用有限元方法对SOJ（small oudine j-lead package）元器件J形引线焊点进行了数值模拟计算分析。结果表明，SOJ元器件焊接后整体变形明显，陶瓷载体有上翘趋势，引线有向外拉伸趋势，PCB板变形较小。J形引线焊点应变最大部位位于焊点根部，焊趾处次之，中心部位最小。J形引线焊点根部应力集中区域较大，存在着最大应力值，为整个焊点最薄弱部位，易发生疲劳破坏。焊趾处应力集中区域比焊点根部小，应力值也稍小，焊点中心部位应力值最小，比焊趾与焊点根部应力值均小一个数量级。计算结果与实际测试结果吻合。     

交直流双点点焊焊点组织及力学性能的对比

试验从焊点尺寸、显微组织、硬度分布等方面对交流双点点焊和直流双点点焊进行了对比研究,结果表明:两种单面双点点焊的焊点形状特征相似,均呈碗形,焊点主体位于上板;直流双点点焊在上板输入的热量明显多于交流双点点焊的,而在下板输入的热量明显小于交流双点点焊的,其在Z方向的热量分布主要集中于焊点处;与直流双点点焊相比,交流双点点焊的热影响区晶粒长大更为明显,交流双点点焊对母材具有更为强烈的热作用;直流双点点焊在上板的焊点尺寸明显大于交流双点点焊的,但两者的热影响区宽度基本相同,且直流双点点焊下板热影响区的宽度也略小于交流双点点焊的,直流双点点焊用于生成焊点的热量占比明显高于交流双点点焊的。     

通孔元件焊点的抗热疲劳性能预测Ⅱ.焊点内部力学响应特征的数值模拟

通过建立可靠性分析的力学模型，对温度循环载荷下通孔焊点内部应力应变场的分布特征进行了有限元数值模拟，结果表明，焊接方式的不同造成焊点形态的差异，进而应力应变的分布也不同；再流焊点的应力应变集中在钎料体及镀铜管处，而波峰焊点中线路板与镀铜层接触的拐角处是高应力集中区，这些位置容易引起裂纹产生和扩展．在热载荷过程中，应力-应变场的等值分布呈现出与温度历史相关的动态特性。     

水轮机叶片焊缝及其热影响区裂纹分析

水轮机叶片上的焊缝及其热影响区常发现有穿透性的裂纹,微观分析结果表明焊缝中存在夹杂物在焊接残余应力、工作应力、机械震动应力和电化学腐蚀的共同作用下,造成水轮机叶片的焊缝及其热影响区形成穿透性的腐蚀疲劳裂纹。     

12 mm厚钛合金平板电子束焊接的数值模拟

采用ANSYS有限元分析软件,建立12 mm厚TC4钛合金平板电子束焊接温度场和应力场的三维有限元数值计算模型。模型采用圆锥体热源考虑电子束焊接时的小孔效应;材料的热学、力学性能参数随温度变化;相变和熔池内液体的对流散热通过比热和热导率的变化实现。计算结果表明：钛合金电子束焊接时,熔池呈典型的卵形分布。高值纵向残余拉应力集中分布在焊缝中心线两侧距焊缝中心线4 mm的区域内,平板内部出现接近材料屈服极限的局部三维残余拉应力状态。实验得到的焊缝宏观形貌和小孔释放法检测到的焊接残余应力对计算结果进行验证,实验结果和计算结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性。     

换热器浮头盖SA453螺柱断裂失效分析

某批换热器在浮头盖装配时高强螺柱前后出现两次断裂现象,通过现场调查、化学成分、力学性能、宏观断口、金相观察、结构应力计算及螺柱制造工艺调查等方法,对其断裂原因进行综合分析。结果表明：螺柱和螺母咬合在一起的应力集中是致使最大剪应力超过材料的抗剪强度、导致螺柱扭断的主要原因,最大等效应力明显大于抗拉强度,致使断裂处材料因其高强度而表现出脆性断裂;热处理工艺执行不到位是造成螺柱断裂的次要原因,是螺柱批量生产中堆积装炉热处理的不规范操作所致;螺柱经真空回火热处理后提高了力学性能和硬度,规范紧固件装配操作过程后,满足了使用要求。     

超高强度钢板热成形板料温度的解析模型研究

在淬火热冲压工艺中,超高强度钢板在热冲压过程的传热情况直接影响着板料的塑性成形能力及成形零件的力学性能.本文运用传热学基本理论对淬火热冲压成形过程中的传热进行分析,根据其传热特点将钢板与外界的传热过程分为3个阶段:与空气传热、与模具传热以及与空气和模具混合传热,建立了各阶段的解析模型,然后通过热冲压成形试验对该模型的正确性进行了验证.结果表明,热冲压过程中钢板温度呈指数变化,所提出的解析模型与试验研究结果吻合,能够比较真实地反映钢板温度的变化规律,为淬火热冲压成形工艺的深入研究与应用提供必要而可靠的依据.     

电子束焊接及局部热处理复合技术的数值分析

电子束焊接及局部热处理复合技术是一种多功能的电子束加工技术.文中以ANSYS有限元分析软件为平台,对2,6和12 mm厚的TC4钛合金平板电子束焊接和局部热处理时的温度场和应力场进行了数值模拟计算,详细分析了局部热处理对不同厚度钛合金平板电子束焊接温度场和残余应力场的影响规律.结果表明,在给定的计算条件下,2 mm厚TC4钛合金平板的电子束局部热处理效果最好,电子束局部热处理后上表面距焊缝中心线4 mm的区域内冷却速度基本一致,纵向残余拉应力最大值由780 MPa降低到560 MPa,减小幅度达到28%.     

镍基高温合金锥筒形件拉深旋压成形机理研究

针对镍基高温合金因加工硬化严重成形时极易产生破裂和起皱等典型缺陷的问题,以锥筒形壳体类零件为对象,提出了一种由锥形预制坯经过真空固溶处理后拉深旋压成形锥筒形件的方法,并对其成形机理进行了研究。基于Abaqus/Explicit平台,建立了锥筒形件拉深旋压有限元模型,分析了成形过程中的瞬态等效应力、等效塑性应变、切向应力、壁厚及三向应变分布规律。结果表明:在旋压成形过程中,最大瞬态等效应力位于旋轮接触区及附近区域、最大瞬态等效塑性应变位于坯料口部;瞬态切向压应力最大值位于旋轮接触区,而瞬态切向拉应力最大值位于旋轮接触区附近的两侧区域。筒形段中部壁厚减薄,而坯料口部壁厚增厚。旋压成形试验表明,锥形预制坯经拉深旋压后可获得壁厚均匀的锥筒形件。     

消除应力热处理对移动式容器WH590E钢组织和性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和力学性能测试等研究了消除应力(SR)热处理对移动式容器WH590E钢的显微组织和力学性能的影响,并分析了SR热处理对WH590E钢低温韧性的影响机理。结果表明:SR热处理后,试验钢的晶粒尺寸差异性变小,带状组织偏析带虽仍横向贯穿视场,但纵向宽度减小到10μm以内,C、Si、Ni、P、V的偏析带也明显变窄,尤其是Mn的偏析聚集度下降明显;试验钢中的M/A岛逐渐分解,连续分布的珠光体带分散,且逐渐扁平化,珠光体团的数量减少,尺寸减小,周围的位错密度下降。SR热处理后钢的屈强比增大,这与珠光体量减少导致的抗拉强度下降和V等合金元素的析出强化致使屈服强度升高有关,SR热处理大幅提高试验钢的低温韧性主要是由于SR热处理降低了试验钢中的带状组织等级。试验范围内SR热处理的最佳工艺为600℃保温1 h。     

热影响区软化焊接接头的强度及变形

焊接接头热影响区软化是细晶粒钢焊接时普遍存在的问题。用有限元分析方法，分析热影响区软化的焊接接头屈服强度和抗拉强度，以及接头上的应力分布和变形机制。分析结果表明，软化热影响区的屈服应力降低和宽度增加对接头的屈服强度降低影响较小，而对接头抗拉强度降低影响较大，提高焊缝的屈服应力可以提高热影响区软化接头强度。同时发现，当外加应力超过软化热影响区的屈服应力时，在热影响区及其附近区域出现了三轴应力状态．主应力及Mises等效应力在有屈服应力差别的区域交界处发生突变，使热影响区的Mises等效应力降低，与之相邻区域的Mises等效应力升高，从而可以对软化热影响区宽度及软化程度影响焊接接头强度的机制进行解释。     

提高铝合金热模锻锻模寿命的工艺措施

从模坯锻造及机械加工、热处理，表面强化处理和锻模使用与维护等方面，分析了影响锻模使用寿命的诸多因素，提出了提高锻模使用寿命的对策。经过实际生产证明，采用有效的工艺措施可充分发挥模具材料的潜力，大幅度提高锻模使用寿命。     

高压扭转法制备非均匀层状结构Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的组织演变与力学性能

采用透射电子显微镜（TEM）、电子背散射衍射（EBSD）和Instron试验机对试验温度400 ℃下高压扭转变形加工的Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金进行组织和力学性能的表征与测试。结果表明,变形试样的晶界和晶粒中的第二相明显被破碎和细化,晶界无沉淀析出带宽度变窄,大大提高了变形试样的强度和塑性。初始样品的晶粒取向是随机分布的。当应变较小时,试样的晶粒尺寸、晶粒取向和局部取向差异均呈现非均匀的片层状分布。由于非均匀层状组织在变形过程中产生的背应力强化效应,0.5圈变形试样的力学性能最好。