基于分区减光的电弧增材制造熔敷道尺寸主被动联合视觉检测

设计了电弧增材制造熔敷道成形尺寸主被动联合视觉检测方法，以克服结构光主动视觉传感的滞后性与被动视觉传感的信息单一性. 为了实现极高亮度的熔池与极低亮度的结构光条纹在同一CCD靶面同时清晰成像，提出了分区减光策略，对熔池与结构光条纹进行差异化的减光，使二者光强在减光之后水平相当，进而清晰成像. 相机成像光路分析表明，需要将分区减光元件设置在镜头前方一倍焦距以外或镜头后方焦点与靶面之间. 该方法实现了单CCD在一幅图像中同时清晰拍摄熔池和结构光条纹. 开发了一套图像处理算法，实时提取出了熔敷道尺寸. 结果表明，熔敷道高度检测误差优于0.1 mm，宽度检测误差优于0.2 mm.     

纳米银焊膏热烧结及通电热老化过程动态电阻监测研究

由于纳米银焊膏优异的导热性和导电性,使其在第三代半导体封装中受到了极大关注,其中,焊点的长期服役可靠性问题一直是封装领域的研究热点。提出焊点动态电阻在线监测方法,建立相应实时监测系统,将电阻转换为电阻率,研究电阻率在烧结和通电热老化过程中的变化情况,并对上述两个过程的焊点显微组织演变进行分析,建立电阻率变化规律模型。试验结果表明:在烧结过程中焊点电阻率逐步下降,且变化分为三个阶段。第一阶段,保温时间较短,焊点内未形成有效互连,电阻率极高;第二阶段,纳米银颗粒之间开始形成烧结颈,电阻率大幅下降;第三阶段,烧结颈长大,且焊点内有机物挥发完全,电阻率进一步下降。在通电热老化过程中,电阻率变化分为四个阶段。第一阶段,由于温度升高,材料电阻率随温度上升;第二阶段,焊点在高温下发生致密化行为,使电阻率下降;第三阶段,致密化过程基本结束,电阻率保持稳定;第四阶段,在电迁移效应影响下,银原子由阴极向阳极迁移,导致阴极附近出现裂纹,电阻率大幅上升直至焊点断路失效。     

β-Sn与4H-SiC界面性质的第一性原理计算

为研究金属钎料与SiC陶瓷的界面结合方式,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对Sn(001)/4H-SiC(0001)界面进行几何优化,得到优化后界面体系的结构,从分离功表征结合强度以及电子结构布居分析的角度解释界面结合本质和键合方式。结果表明:SiC陶瓷中C封端界面的分离功高于Si封端界面的分离功,Sn原子与C原子间形成的离子共价键在界面结合的成键中占有主要的地位。     

EH40钢摆动电弧窄间隙MAG焊接头粗晶区微观组织与性能

采用2种焊接工艺参数对EH40微合金化钢进行摆动电弧窄间隙MAG焊，研究了填充厚度对热影响区粗晶区亚区分布的影响，并考察了焊接接头的力学性能。研究结果表明，摆动电弧窄间隙MAG焊适用于微合金化钢的窄间隙焊接，焊缝成形良好，未见未熔合等缺陷。填充厚度较大时，热影响区各亚区变化规律为未变再热粗晶区(UACG-HAZ)-过临界再热粗晶区(SCRCG-HAZ)-临界再热粗晶区(IRCG-HAZ)-粗晶区(CG-HAZ)；填充厚度较小时，热影响区各亚区变化规律体现为SCRCG-HAZ到IRCG-HAZ。拉伸试样全部在母材处断裂，室温冲击吸收能量均能满足要求，摆动电弧窄间隙MAG焊工艺可以获得力学性能优良的EH40钢窄间隙MAG焊接头。     

PCB组装板多器件焊点疲劳寿命跨尺度有限元计算

随着电子设备向着小型化、多功能化方向发展,互连的可靠性越来越受到人们的重视。现有研究的分析对象大多为单个器件,而实际服役过程中,印制电路板(Printed circuit board,PCB)的形变、传热、受力情况都将对焊点可靠性产生影响。传统焊点可靠性有限元分析以单一器件为基础,而将仿真对象扩展为整个PCB板,对于提升焊点可靠性评估的准确性和有效性具有重要的意义。利用ANSYS有限元软件,对处于不同尺度的焊点、器件以及PCB板进行建模,分析再流焊载荷下各器件焊点的残余应力应变分布,讨论热循环后各器件焊点的危险位置,并根据修正的Coffin-Manson模型,给出各封装类型焊点的热循环寿命。通过与器件级焊点可靠性模拟结果的对比,说明板级有限元分析的必要性和不可替代性,进一步完善焊点可靠性有限元分析理论。     

焊丝含氮量及焊接电流对高氮钢焊缝组织和性能影响

针对高氮奥氏体不锈钢焊接过程中由于N元素逸出引起气孔、导致力学性能恶化的问题,利用相图计算软件设计并制备了含氮量为0.35%和0.85%两种奥氏体不锈钢焊丝,系统地研究了氮含量和焊接电流对高氮钢焊缝气孔倾向性、微观组织以及力学性能的影响规律. 结果表明,高氮钢焊缝气孔倾向和力学性能与焊接电流、焊丝氮含量密切相关:随着焊接电流增加,氮含量0.35%的高氮钢焊缝抗拉强度和断后伸长率均增加,未出现气孔;而氮含量0.85%的高氮钢焊缝具有很高的气孔倾向,抗拉强度和断后伸长率变化不大,当焊接电流增大到一定值后,气孔倾向性明显降低.     

镀Cu层调控AZ31B/TC4激光熔钎焊接特性

采用钛表面电镀铜作为中间层,开展镁(AZ31B)/钛(TC4)对接激光填丝熔钎焊,对镁/钛非互溶不反应焊接体系进行调控. 主要研究了激光功率对镁/钛接头焊接质量的影响规律,进一步分析了不同工艺参数条件下镁/钛界面组织及接头力学性能. 结果表明,铜镀层提高了熔融焊丝在母材表面的润湿铺展并卷入到焊缝组织中,随着激光功率的增加,镁/钛界面形成Ti₃Al反应层的能力提高,界面结合强度随之提高. 在较高激光功率1 700 W时,接头拉伸载荷最高达到3 085 N,为镁母材的76.2%,而接头在较高激光功率下的断裂模式也由完全界面断裂转变为部分界面断裂.     

超声辅助铝/钛搅拌摩擦搭接接头的成形和组织

借助超声波辅助的方法对铝/钛异种合金进行搅拌摩擦搭接,研究超声波作用对接头的成形和组织的影响. 结果表明,当超声波施加在铝板时,接头的钩状缺陷较高,且会出现孔洞缺陷;当超声施加在钛板时,接头无缺陷. 超声振动能够增大铝/钛界面扩散层的厚度,对接头性能的提高起到一定的促进作用. 当搅拌头转速为300 r/min时,界面扩散层厚度较薄;当搅拌头转速升高至500 r/min时,界面生成一层厚度约为1 μm的金属间化合物. 超声辅助焊接可明显提高接头的断裂载荷.     

电子束点焊熔池的液态金属冲刷效应作用规律

为了更深入地探究电子束焊接过程中的机理问题,基于对电子束点焊熔池中液态金属冲刷效应的理论分析,利用边界层理论对该效应进行数学建模.使用有限体积法数值软件Fluent,对20 mm厚的2219铝合金电子束点焊熔池的温度场和流场进行三维瞬态数值模拟,研究了液态金属冲刷效应对熔池的作用规律.模拟结果表明,液态金属冲刷效应会对熔池温度场、匙孔稳定性、熔池流场和固液界面形状与位置四个方面产生影响.模拟结果与试验结果吻合良好,验证了数学模型的合理性.