不锈钢芯板钎焊残余应力的有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,采用热弹塑性有限元分析法对不锈钢芯板钎焊残余应力的大小及分布规律进行研究,并分析了各应力分量对钎焊接头区域的影响,最后探讨了钎料厚度、芯管厚度等8种因素对钎焊残余应力的影响。结果显示,不锈钢芯板中的钎焊残余应力主要集中分布在钎焊接头区域,在钎缝处有着较大的应力梯度。在钎缝处的纵向残余拉应力数值较大,是影响钎焊接头可靠性的主要因素。钎料厚度、搭接宽度及钎料种类对钎焊残余应力的影响较大,芯管厚度、面板厚度、芯管直径、芯管间距和钎焊温度对钎焊残余应力的影响很小。     

铝和铝合金钎焊蓝宝石接头的残余热应力有限元分析

为了较为精确地了解陶瓷焊接接头内的残余热应力分布及其在不同条件下的演变规律,以蓝宝石钎焊接头为研究对象,使用有限元方法模拟了其在不同的条件下的残余热应力分布。建立了蓝宝石钎焊接头的有限元模型,考察了使用纯铝和2024铝合金作为焊缝填充金属钎焊蓝宝石的接头残余热应力分布。同时模拟了焊后热处理对2024铝合金钎焊接头的残余热应力的影响。结果表明,纯铝作为填充金属的接头残余应力较小;2024铝合金作为填充金属的接头残余应力较大,热处理后的接头残余应力降低约50%~70%。在所有的情况下,最大的残余应力都出现在焊缝平面的边缘区域而非中心区域。     

YG8/GH4169异种材料钎焊接头残余应力的数值模拟

钻探采样技术是实现月球土壤样本采集的首选方法,针对钻采工具中异种材料钎焊接头残余应力大、连接质量差等问题,以ANSYS有限元软件为平台,采用数值模拟方法,分析了YG8/GH4169钎焊接头残余应力的分布情况,以及添加Cu,Mo中间层时对接头残余应力的影响规律.结果表明,在硬质合金/高温合金钎焊接头中存在极大的残余应力,硬质合金靠近焊缝的顶点附近为应力集中的危险区域,最大轴向残余应力约为1 304 MPa;添加Cu,Mo中间层均能有效缓解接头残余应力,当中间层厚度小于0.6 mm时,Cu对接头残余应力的缓解效果更好,中间层厚度大于0.6 mm时,Mo的缓解效果更佳;Cu,Mo作为中间层时,缓解接头残余应力的最佳厚度均为1.0 mm左右,异种材料钎焊接头残余应力的试验结果与数值模拟结果基本吻合.     

环形构件激光束钎焊过程的有限元模拟

对铍环激光束钎焊过程的温度场和应力场进行了有限元模拟。分析采用轴对称模型和热力耦合的有限元方法，并假定沉积到钎缝表面的激光束能量满足Gauss分布。结果表明，焊接温度场分析得到的熔池大小与金相分析得到的焊缝几何尺寸比较一致；在离钎缝2．5mm以内的区域，焊接残余应力非常大，材料发生塑性屈服，环向应力大于轴向应力，从而使得铍环容易发生轴向开裂；远离钎缝区域，铍环内外表面同时发生向内的径向收缩，离钎缝1mm范围内，铍环外表面向外膨胀，内表面继续向内收缩；焊接残余应力主要分布在离钎缝15mm以内的区域。     

基于轮廓法测试惯性摩擦焊接头内部残余应力

采用轮廓法测试小尺寸镍基高温合金惯性摩擦焊接头的内部环向应力、中等尺寸惯性摩擦焊接头内部环向和轴向应力;分析惯性摩擦焊接头内部环向和轴向残余应力分布特征. 结果表明,轮廓法能测试小尺寸及窄小焊缝试件的内部残余应力,能反映出窄小焊缝内部的大梯度焊接残余应力全貌;惯性摩擦焊接头的环向应力沿轴向变化剧烈,沿环向分布均匀,沿厚度分布不均匀;焊缝中心位置外表层区域环向应力小于内表层区域环向应力;焊缝中心外表面轴向应力为压应力,而内表面轴向应力为拉应力,且轴向应力沿厚度呈线性变化.     

复合钎料钎焊Al_2O_3接头剪切应力场的数值模拟

对Al2O3颗粒增强复合钎料钎焊Al2O3/Al2O3接头的残余应力场进行了数值模拟,分析了Al2O3陶瓷颗粒的加入对陶瓷接头残余剪切应力的影响.模拟发现,陶瓷接头的最大应力位于陶瓷-钎缝界面,陶瓷颗粒的加入对钎焊接头应力起到了缓解作用,其缓解程度随陶瓷颗粒体积分数的增加而增大;在陶瓷颗粒百分比一定的情况下,钎缝厚度的...     

Si_3N_4陶瓷/304不锈钢钎焊接头残余应力数值模拟

采用ANSYS有限元分析软件,通过建立三维非线性有限元模型,结合材料相关物理性能参数随温度的变化,分别对1 223 K下采用Ti40Zr25B0.2Cu非晶钎料钎焊Si_3N_4陶瓷/304不锈钢接头添加应力缓冲层和未添加应力缓冲层时冷却到室温过程中的应力分布进行数值模拟。试验结果表明:无应力缓冲层的Si_3N_4陶瓷/Ti40Zr25B0.2Cu钎料/304不锈钢钎焊接头最大拉应力位于距离钎缝约0.7 mm的陶瓷棱角处,拉应力最大值为708 MPa,外力作用下裂纹极易由此萌生并扩展;添加应力缓冲层后接头最大拉应力存在于距钎缝约0.7 mm的陶瓷棱角处,添加Cu箔中间层时接头的轴向拉应力明显减小,轴向最大拉应力降至393 MPa,应力缓冲层Cu的添加有利于降低Si_3N_4陶瓷/304不锈钢钎焊接头应力,提高接头力学性能。     

基于有限元法和纳米压痕技术的SS304/BNi-2/SS304钎焊接头残余应力分析

利用有限元软件ABAQUS开发了一个顺次耦合的有限元程序对SS304/BNi-2/SS304T形钎焊接头残余应力进行了数值模拟,并采用纳米压痕试验进行了测量.结果表明,由于304不锈钢与镍基钎料的力学性能的差异导致了钎焊接头残余应力的产生.其最大值出现在钎角部位,裂纹易在该处起裂并扩展,成为最薄弱区域.残余应力沿中缝逐渐减小,其它区域应力分布较均匀.纳米压痕试验采用了Suresh模型,并将此模型下的试验测量结果与有限元结果进行了比较分析,两者吻合较好,从而也验证了有限元模拟的有效性与可靠性.     

核电站高温用电气贯穿件馈通线钎焊密封技术

对陶瓷表面先进行金属化处理,再使用常规钎料钎焊陶瓷与金属,利用无氧铜环作为过渡层来缓解钎焊过程中产生的残余应力,可获得无焊接缺陷、气密性良好的电气贯穿件馈通线。SEM和EDS分析结果表明,无氧铜棒与无氧铜环钎焊接头主要由灰色的Cu基固溶体、白色的Ag基固溶体及Ag-Cu共晶组织组成。陶瓷与无氧铜环钎焊接头、陶瓷与可伐合金钎焊接头主要由Cu基固溶体、Ag-Cu共晶组织、Cu-Ni固溶体组成。     

陶瓷-金属钎焊接头残余应力的数值分析

采用热弹塑性有限元方法，在考虑了材料性能参数随温度变化和界面反应层的情况下，计算了陶瓷／金属钎焊接头残余应力的大小和分布。通过计算发现：陶瓷／金属接头在冷却过程中产生的径向应力和剪应力对接头的影响较小。而在陶瓷表面的边缘接近焊缝的位置产生了最大的轴向拉应力，它影响接头的载荷承受能力，并且由于40Cr的屈服强度比45钢的高，计算出的Si3N4／40Cr接头的应力峰值比Si3N4／45钢的高。陶瓷／钎料和陶瓷／金属的界面反应层虽然薄，但它也是影响陶瓷／金属接头残余应力大小和分布的一个重要因素。另外，选择合适的钎料层、中问层和钎焊压力都可以有效地减小残余应力的峰值。     

TA17/0Cr18Ni10Ti螺纹管钎焊接头的残余应力有限元分析

采用有限元模拟软件Msc.Marc,对使用高银基钎料钎焊的TA17钛合金和0Cr18Ni10Ti不锈钢螺纹管接头的残余应力分布进行了分析。结果表明,螺纹管钎焊接头钎料层中心区域为等应力分布区,该区域应力值达到钎料的屈服强度值。整个螺纹管接头的高应力区域位于钎料层两侧。外套管内螺纹段的高应力区域位于靠近内螺纹的牙顶和牙底区域,且牙底区域的应力比牙顶的应力稍大;内套管的外螺纹牙底区域的残余应力值最大。0Cr18Ni10Ti外套管的高应力区域应力值小于TA17内套管高应力区域的应力值。     

6061铝合金与可伐合金钎焊接头残余应力分析

为探究钎焊接头中残余应力分布问题,选用Au80Sn20/Sn63Pb37两种共晶钎料分别钎焊6061铝合金/4J34可伐合金基板,形成钎焊接头进行试验。选取不同的钎焊工艺参数(钎焊温度、钎焊时间等),以研究钎焊工艺对钎缝残余应力分布的影响规律,并进一步对残余应力进行数值模拟和研究。结果表明,残余应力均为拉应力,且靠近可伐合金侧钎缝的残余应力更高,钎焊接头在可伐合金侧钎缝更容易出现断裂;对于Au80Sn20钎料,在相同钎焊温度下,随着钎焊时间的增加,铝合金侧钎缝处的残余应力会略有增大;对于Sn63Pb37钎料,不同的钎焊温度和钎焊时间对数值结果影响不大。X射线残余应力实测结果与计算值的一致性良好,证明了模拟计算结果的正确性,为研究电子产品中轻质合金钎焊接头的可靠性提供了一种有效方法。     

金属/陶瓷发热体直接钎焊接头的应力分析

采用热弹塑性有限元方法,在考虑了材料性能参数随温度变化的情况下,分析了采用Ag-Cu-Ti钎料钎焊Al2O3陶瓷与镍金属丝的钎焊接头,在钎焊和随后再次加热过程中产生的应力大小和分布情况,计算中着重考虑了钎料对接头残余应力的影响.结果表明,在钎料与陶瓷的界面处存在着较大的残余拉应力,影响了钎焊接头的连接强度,并可能在界面的陶瓷侧产生裂纹.通过试验对比,认为在此类连接结构中,钎料是造成接头形成较大残余应力的主要因素.并指出钎料性能参数是决定有限元计算精度的主要因素,要使计算结果与实际情况尽量符合,钎料性能参数的正确选择是关键.     

陶瓷/金属钎焊接头强度研究现状

陶瓷与金属钎焊是当前工程领域研究的热点,由于陶瓷与金属的热膨胀系数与弹性模量等性能不匹配,造成接头存在较大的残余应力,这已成为影响钎焊接头强度的主要因素.因此,降低接头残余应力,提高接头强度是陶瓷与金属钎焊的主要研究内容之一.分别对氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、碳氮化物陶瓷与金属钎焊接头强度的研究现状进行了综述.     

钎焊金刚石接头热应力场有限元仿真及试验研究

根据实际金刚石钎焊微观界面特征,建立有限元几何模型,采用弹塑性有限元方法,仿真分析金刚石钎焊接头在感应钎焊冷却过程中的热应力场动态变化及残余热应力分布特征,并采用显微激光拉曼光谱法测量金刚石磨粒残余热应力大小。结果表明,热物性差异是影响钎焊接头热应力的主要因素;金刚石磨粒形状特征对热应力有较大影响;钎料的塑性变形对热应力具有一定的缓解作用;在金刚石钎焊接头残余热应力场中,金刚石层侧旁的Ti C层主要承受拉应力,而其他部位主要承受压应力;残余热应力测试验证结果与仿真热应力大小基本相符合。     

自由边界钎料形状对钎焊结构残余应力的影响研究

钎料形状是影响钎焊接头残余应力分布的关键因素,已有研究主要是针对理想钎料形状下的残余应力开展的,但针对钎料自由边界形状下的残余应力,少有文献进行相关报道。为探讨二者相互关系,本研究对它们开展了仿真及试验测量。首先对凝固后的自由边界钎料形状进行测量分析,然后利用流体动力学方法对钎料自由界面进行追踪仿真,结果表明:基于流体体积法追踪自由界面,可得到与试验测量较吻合钎料形状。在获得钎料自由边界形状基础上,对钎缝残余应力进行测量分析,并利用有限元方法对残余应力进行仿真计算,结果表明,相对理想钎料形状,自由边界钎料形状下的残余应力与试验测量数据更吻合。本研究结果对于钎焊结构的优化改进提供了更真实的依据。     

超声波测定摩擦焊接头残余应力

采用１５ＭＨｚ超声聚焦探头对４５号钢摩擦焊接头进行试验检测,根据有限弹性变形理论建立了超声波测定摩擦焊接头残余应力的计算模型,并计算出接头中轴向残余应力和径向残余应力的分布规律。结果表明,摩擦焊接头焊缝区和近缝区的轴向残余应力为压应力,而远离焊缝区域为拉应力;接头内径向残余应力在轴心处为压应力,随着远离轴心逐渐由拉应力变为压应力,在接头边缘区域为拉应力。试验结果还表明材料的各向异怀对超声波测定摩擦     

掺杂石墨/Cu钎焊接头残余应力的分布特征及中间层的作用

利用有限元方法,模拟分析了掺杂石墨/Cu钎焊接头残余应力的分布特征。分析结果表明,对接头有害的较大残余应力分布在石墨棱角距离焊缝约0.8mm处的狭小区域;降低连接温度、减少连接时间及增加钎焊压力均有利于减小接头残余应力,优化接头的界面应力状态;中间层的加入在一定程度上缓和了接头的残余应力。从缓和效果来看,Cu比Mo作中间层好,而Cu/Mo复合中间层的缓和效果最好,是较理想的中间层材料。     

预热对激光束钎熔焊温度场和应力场的影响

研究预热对铍环激光束钎熔焊过程温度场和应力场分布的影响。采用轴对称模型和热力解耦有限元方法，假定沉积到钎缝表面的激光束能量为Gauss分布，通过在焊接前添加一个能量密度低，但有效加热半径大的工况分析预热温度。研究表明，预热使铍环钎缝外表面的焊接最高温度增加，温度梯度减小，熔深增加；采用预热工况焊接后，钎缝附近塑性变形区残余应力明显减小，而热影响区残余应力增大。从整体分布来看，预热使铍环外表面焊接残余应力分布均匀化。对铍环外表面钎缝附近焊接残余应力进行X射线应力测试，并与有限元分析结果对比，表明二者应力变化趋势基本一致。     

钎焊及其设备

SnPb钎料与Au／Ni／Cu焊盘反应过程中Au的分布；金属／陶瓷发热体直接钎焊接头的应力分析；钎焊温度对TC4与Ti3Al—Nb合金钎焊接头组织的影响；SiC陶瓷与Ti合金的（Ag—Cu—Ti）-W复合钎焊接头组织结构研究；采用多层钎焊维修损坏的部件或工具；无铅波峰焊Sn—Bi—Ag—Cu钎料焊点剥离机制。[编者按]