异种材料扩散连接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 ,模拟分析了异种材料扩散连接接头残余应力的分布特征。分析表明 ,对接头有害的较大的残余应力区域分布在膨胀系数较小母材靠近焊缝附近的地带 ,而残余应力的最大值出现在其界面脆性相及焊缝附近靠近接头边缘的微小区域 ,降低连接温度、减少连接时间有利于减小接头残余应力 ,优化接头的界面应力状态。提出了中间层残余应力因子Rf 和中间层厚度因子Tf 概念 ,考虑到中间层的接触强化影响及被焊金属表面物理接触的形成要求 ,当选择中间层时 ,为降低接头的残余应力 ,应尽量选择 |Rf|、Tf 较小的中间层 ,同时中间层厚度应在能保障形成充分物理接触的前提下取较小的厚度     

不锈钢/Ag-Cu-Ti/钛合金钎焊接头残余应力模拟研究

采用热弹塑性有限元方法,在考虑了1Cr18Ni9Ti不锈钢和Ti-6Al-4V钛合金的主要热物理性能随温度变化的条件下,计算了1Cr18Ni9Ti不锈钢/Ag-Cu-Ti/Ti-6Al-4V钛合金钎焊接头中的残余热应力大小和分布。计算结果表明,σy在靠近界面的钛合金外表面一侧存在一个应力最大值,且该应力为拉应力,同时σx,τxy也在界面附近存在应力峰值;残余应力会导致钎焊接头在未达到许用强度的条件下产生断裂,和钎焊试验结果具有一致性。     

钎焊间隙对钎焊接头残余应力的影响

在等静压石墨/BNi-2/304不锈钢套管式真空钎焊试验的基础上,使用有限元分析软件对钎焊接头在不同钎焊间隙下残余应力的大小和分布进行模拟,结合试验对模拟结果进行分析说明,判断接头薄弱区。结果表明,对于等静压石墨管和不锈钢管钎焊接头,304不锈钢侧和BNi-2钎料层中的残余应力对接头强度的影响不大;随着钎焊间隙增加,径向残余应力减小,接头强度提升,但钎焊间隙过大时会使接头拉断,影响母材连接;通过模拟分析发现,当钎焊间隙为50μm左右时,母材连接不充分;当钎焊间隙为150μm左右时,获得良好接头;当钎焊间隙为250μm左右时,受304侧与石墨侧的径向残余应力共同作用下,接头产生环形裂纹;当钎焊间隙为350μm左右时,沿轴线方向距接头顶部约900μm、沿径向方向距钎料约600～1 000μm处的等静压石墨为接头薄弱区,并产生环状裂纹衍生至接头端面。     

铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分布

采用小孔法对3 mm厚2024-T4铝合金板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力分布规律进行研究.为了衡量钻孔引入应变对结果的影响,测量了退火2024铝合金板钻孔产生的应变,将其作为附加应变对焊接试件上测得的应变结果进行修正.结果表明,在试验条件下得到的焊接接头的残余应力以纵向应力为主,横向应力相对很小;纵向高应力区集中在轴肩作用区域,呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧,在轴肩作用区域之外应力值迅速降低,在距焊缝中心较远的区域转变为压应力;纵向残余应力峰值为164.5 MPa.分析认为,机械搅拌和焊接温度场的叠加作用造成焊缝两侧纵向残余应力的不对称分布.     

预置应力对焊接残余应力峰值的影响

运用三维热塑性有限元法对不同预置应力下搭接接头角焊缝的焊接残余应力的影响进行了分析,提出了通过预置应力来降低焊缝根部的焊接残余应力峰值,从而提高结构的使用寿命的方法。     

钛合金与不锈钢钎焊接头残余应力有限元分析

通过有限元分析的方法对TC4钛合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢钎焊接头残余应力场进行分析,计算工艺参数对接头应力分布的影响.结果表明,在TC4、不锈钢母材与钎料接头两侧的界面区附近形成应力集中,并且在距离钛合金母材0.45mm处等效应力达到最大值.钎焊间隙在50μm时应力值最小,钎料的线膨胀系数在12×10-6℃-1时接头内应力达到最小值,连接温度对这些残余应力的集中与分布影响很小.     

大型混流式水轮机焊接残余应力分布的研究

利用ANSYS软件对大型混流式水轮机转轮进行1:1实体建模,采用分段热源模拟分析了转轮焊接过程,得出焊接残余应力分布的状况.这为合理进行结构设计和优化焊接工艺提供理论依据.     

连接温度对C/C复合材料及Cu连接接头残余应力的影响

采用热弹塑性有限元数值模拟方法,研究了连接温度对C/C复合材料与Cu平面对接接头残余应力的影响。结果表明:最大拉应力的分布具有方向性,在连接界面法线方向上,最大拉应力出现在靠近接头界面的C/C复合材料侧,位于连接件的棱边上;在平行连接界面方向上,最大拉应力出现在靠近接头界面的Cu侧表面。最大剪切应力位于接头界面处。随着连接温度的升高,接头残余应力峰值逐渐增大,但接头残余应力的分布形态相似。对于连接界面尺寸为4 mm×4 mm的接头,在连接温度为1 000℃时,离接头界面1.2 mm的C/C复合材料侧最容易发生断裂。     

2205不锈钢摩擦焊接头组织及残余应力分布

采用X射线衍射技术对2205双相不锈钢焊接界面残余应力进行测试,同时利用光学显微镜及电子背散射衍射技术(EBSD)对接头旋合区（RZ）、热机影响区（TMAZ）及热影响区（HAZ）微观组织进行分析。结果表明：接头轴向、径向残余应力均表现为压应力状态,呈单边V形分布,其中轴向残余应力峰值(－287 MPa)位于热机影响区(TMAZ)边缘,该区域α相和γ相在焊接过程中,在剪切及摩擦作用下,发生剧烈扭曲;而焊缝中心旋合区具有明显的动态再结晶特征,呈细小等轴晶状(3~4 μm),残余应力仅为在－15~－54 MPa。     

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。     

石墨烯包覆泡沫铜复合中间层钎焊碳/碳复合材料与铌的工艺与性能

针对石墨烯增强相在焊缝中难以分散均匀、结构完整性差、易团聚等问题. 采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法在泡沫铜表面原位制备高质量石墨烯,得到石墨烯增强泡沫铜复合中间层. 使用该复合中间层钎焊碳/碳(C/C)复合材料与铌(Nb). 采用Raman, SEM, HRTEM方法表征石墨烯以及钎焊接头的微观组织结构. 结果表明,泡沫铜独特的多孔网络结构使其表面原位生长的高质量石墨烯在焊缝中均匀分布. 同时,石墨烯优异的化学惰性保证了泡沫铜骨架的完整性,并协同石墨烯自身的低线膨胀系数充分发挥了缓解残余应力的作用,有效提高了接头的抗剪强度.     

FSW接头残余应力分布及控制技术

对不同搅拌头、不同工艺参数条件下的搅拌摩擦焊焊接结构宏观变形进行了测量和分析,在优化参数条件下,研究了动态控制低应力无变形焊接技术搅拌摩擦焊焊接结构宏观变形及残余应力的影响。研究表明,减小搅拌头轴肩直径、降低焊接热输入有助于减小结构宏观变形;动态控制低应力无变形焊接技术有助于减小接头残余应力,但是对结构宏观变形的作用不是很明显。     

Effects of gradient interlayer on residual stress and cracking in TiN thin films

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｆｉｌｍｓｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｆｉｌｍ/ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｙｓｔｅｍ[1].Ｐｒｅｖｉｏｕｓｒｅｓｅａｒｃｈ[2]ｏｎＴｉＣ/ＡｌｒｅｖｅａｌｅｄｔｈａｔｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｓｓｉｎＴｉＣｔｈｉｎｆｉｌｍｓｉｓａｓｇｒｅａｔａｓ10ＧＰａ,ｗｈｉｃｈｄｅｃｒｅａｓｅｓｒｅｍａｒｋａｂｌｙｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｔｈ…     

钛过渡层对CVD金刚石膜热残余应力的影响

选用钛作为金刚石膜和钼基体间的中间过渡层,探讨使用过渡层减小热残余应力的可能性.建立三维有限元分析模型,对使用钛过渡层前、后,金刚石膜内及界面处的热残余应力分量的分布分别进行模拟和比较;考虑了热膨胀系数随温度的变化;讨论了热残余应力对金刚石膜失效的影响.结果表明:采用钛过渡层后,热残余应力的特性和分布规律并未改变,但各应力分量的大小均有一定的减小.本文所建三维的有限元分析模型与已往的一维解析模型都能得出金刚石膜沿其厚度上的径向应力分布,但前者还能得出金刚石膜在其内部及界面处的多个应力分量沿径向或沿厚度的分布规律.     

缓解陶瓷/金属连接接头残余热应力的方法研究进展

由于陶瓷与金属的热物理性能不匹配,使得陶瓷/金属连接接头在焊后往往产生巨大的残余热应力.在陶瓷、陶瓷基复合材料连接研究领域,几乎一直伴随着缓解陶瓷/金属连接接头残余热应力的方法研究.综述了国内外几十年来的研究成果,总结出7种缓解陶瓷/金属连接接头残余热应力的方法,其中缓释层、梯度、复合的概念十分重要,并对这些方法的原理进行了分析和探讨.要想获得理想的缓解残余应力的效果,发展多种方法相结合的复合缓解应力方法将是重要的研究方向.     

Study on diffusion welding SiCp/ZL101 with Cu interlayer

Through the vacuum diffusion welding SiCp/ZL101 aluminum with Cu interlayer,the effect of welding parame-ter and the thickness of Cu on the welded joint property was investigated,and the optimal welding parameters were putforward at the same time.The microstructure of joint was analyzed by means of optical-microscope,scanning electron mi-croscope in order to study the relationship between the macro-properties of joint and the microstructure.The results showthat diffusion welding with Cu interlayer could be used for welding aluminum matrix composites SiCp/ZL101 successfully.     

Zn-Al钎料钎焊Cu/Al接头组织和性能(英文)

使用不同成分的Zn-Al钎料对铜铝异种金属进行火焰钎焊,研究其力学性能。利用光学显微镜、扫描电镜和能谱研究不同Zn-Al钎料对Cu/Al钎焊接头钎焊性、力学性能及显微组织的影响。结果表明:随着Al含量的增加,Zn-Al钎料在Cu和Al上的铺展面积逐渐增大。当钎料中Al含量为15%时,Cu/Al接头的抗剪强度达到最大值88MPa;随着组织的变化,钎缝硬度值呈现HV122到HV515不等的分布。另外,钎缝组织的成分主要为富Zn相和富Al相,但是当钎料中Al含量为2%和15%以上时,靠近Cu侧的界面处会分别形成CuZn3和Al2Cu两种完全不同的金属间化合物。研究Zn-Al钎料中铝含量对Cu/Al接头界面化合物类型的影响。