非熔透激光搭接焊SUS304奥氏体不锈钢无焊缝侧变形机理

利用光纤激光器对DC01镀锌钢板和SUS304奥氏体不锈钢薄板进行了激光非熔透搭接焊实验、反变形焊接实验,测得了SUS304钢板(下板)表面微凸起的变形量和变形轮廓,研究了非熔透焊后SUS304钢板表面微凸起变形产生的机理。研究结果表明:角变形是SUS304钢板表面微凸起产生的重要原因;通过反变形法矫正角变形可降低微凸起的最大高度,但微凸起区域的塑性凸起变形仍存在;焊接过程中的角变形和热膨胀引起的塑性变形是非熔透搭接焊下SUS304不锈钢板无焊缝一侧微凸起变形的主要原因。     

对真空绝缘问题中“场致增强系数”概念的研究

本文的目标是研究真空绝缘问题中,较高的场致增强系数所可能对应的实际电极表面几何形貌。通过耦合基于波函数阻抗法的热-场致发射电流密度计算、基于电子轨迹法的空间电荷计算和微凸起内的电磁热计算,建立了电极表面微凸起的热-场致发射计算模型。通过对比具有相同场致增强系数的单个微凸起和多个叠加微凸起,发现更可能引起真空击穿的是单个的尖锐微凸起的高场致增强系数,而非多个具有较小场致增强系数的微凸起组合产生的高场致增强系数。结合本文的计算结果和文献中的实验、计算结果,发现原子级微观缺陷导致的局部逸出功下降,是实验测定出不合理的较高场致增强系数最有可能的原因。     

双面超薄不锈钢复合板激光焊接接头组织性能研究

以高Cr、Ni合金粉为填加材料,采用Nd∶YAG脉冲激光对0.1 mm+0.8 mm+0.1 mm双面超薄不锈钢复合板进行对接焊,对焊接接头的组织、抗拉强度、焊缝区显微硬度以及焊缝表面耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,激光焊接的表面成形性好、变形小、无缺陷,焊缝金属与覆层不锈钢及基层碳钢连接良好;焊缝中心为晶粒取向不规律的细小等轴晶,其他区域为柱状晶,几乎看不到热影响区,焊缝表面为奥氏体+少量铁素体+少量马氏体组织;焊接接头的抗拉强度达到了母材的92%,伸长率为母材的25%;焊缝区显微硬度与母材相比有显著提高;不锈钢复合板焊缝表面和母材覆层抗电化学腐蚀性能接近。     

镀镍电池壳脉冲YAG激光缝焊工艺

研究了低功率脉冲YAG激光对电池壳封焊的应用.封焊接头由缝焊形成,焊接过程中熔入到焊缝中的镀镍可导致焊接裂纹产生,为此脉冲YAG激光焊接工艺必须保证焊缝有足够的致密性、良好的焊缝成形和表面光洁度,以及裂纹的防止.脉冲激光焊接主要工艺参数有脉冲重复率、脉冲宽度、脉冲放电电压、激光光斑的离焦量、焊接速度,这些参数的合理匹配,可获得理想的激光平均功率、激光功率密度和激光峰值功率.本研究表明采用正离焦焊接时,当激光功率密度达到一临界值时,焊缝可有效地避免裂纹的形成,激光平均功率达到一定值时可保证工件熔透,并有适当的熔宽,但激光功率密度过大将导致焊缝出现切割效应,而激光平均功率过大则引起焊缝表面严重下凹而使焊缝成形恶劣.脉冲重复率和焊接速度的合理匹配是焊缝致密性和表面质量保证是主要因素.(PE3)     

高功率光纤激光焊接底部驼峰的机理研究

高功率光纤激光焊接SUS 304不锈钢板的过程中,熔池由于受力不平衡出现下掉,并在试件底部流动堆积,从而形成底部驼峰。采用高速摄像和"三明治"试件焊接新方法,分别从不同角度拍摄熔融金属的流动情况并从侧面直接观测小孔和熔池的变化过程。结果表明,孔内熔融金属流动的不连续和小孔前沿孔壁凸起向下移动,以及孔内金属蒸气压力导致小孔底部熔池形成多个熔滴;底部熔池表面张力和熔池的流动导致熔融金属不断向后流动从而汇聚形成驼峰;底部驼峰的形成影响熔池的流动状态,是导致焊缝表面塌陷的原因。     

TC4钛合金激光冲击强化塑性变形流动规律研究

以TC4钛合金为研究对象，采用数值模拟与试验相结合的方式，研究了激光冲击TC4钛合金表面金属塑性变形和体积流动规律，分析了塑性变形驱动金属表层体积流动、应力重构、晶粒细化的机制。研究结果表明：激光冲击塑性变形使得光斑中心区域材料向着边缘及材料内部流动。整体塑性变形体积数值计算结果显示：当功率密度为1.58、2.25、3.02 GW/cm²时，表面凹坑体积大致等于内部正向变形体积与表面环状凸起体积之和，在无相变体积改变的情况下，试件整体塑性变形符合体积不变定律；不同激光功率密度作用下的表面残余应力分布与表面塑性变形分布规律大致相同，存在对应关系；表面凹坑变形、环状凸起变形、内部凸起变形各区域粒径尺寸分别为99、108、136 nm，晶粒细化程度在表面凹坑区、环状凸起变形区域、内部正向变形区域依次递减。此外，光斑边缘出现的微凸起变形在受到搭接激光冲击作用后，再次发生塑性变形，微凸起变形在冲击载荷方向被压回，向着材料内部流动；凹坑表面各光斑边缘处依旧存在较小的微凸起变形。     

Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接规范参数对焊缝表面成形的影响

利用余高-熔宽比表示焊缝表面铺展性并与焊缝余高一起作为参数来评价激光+电弧复合热源焊缝的表面成形,通过试验研究了Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接过程中焊接规范参数对复合热源焊缝表面成形的影响,并分析了激光对复合热源焊缝表面成形的影响。研究结果表明,在电弧功率变化过程中,激光对复合热源焊缝表面成形影响较小,但随着激光功率的增大,其对焊缝表面成形的影响也逐渐增大。焊接速度变化过程中,激光束能量的加入不仅改善焊缝表面成形还极大地提高了焊接速度,而在光丝间距和离焦量变化过程中,激光束对复合热源焊缝表面成形的影响很小。     

焊缝内部纵裂纹缺陷表面热特征研究

根据焊缝内部缺陷对内部热量扩散的影响,向焊缝局部表面注入热流,利用大型有限元分析软件ANSYS计算表面温度场分布,分析纵裂纹缺陷引起的表面温度场异常分布.不同长度、宽度及深度的裂纹,距加热面不同距离引起的表面温度场异常分布情况不同.文章重点研究了表面热特征与裂纹缺陷尺寸,缺陷位置及注入的热流密度的定量关系.本文工作可为实施红外无损检测提供方法,并为相关标准的制定提供依据.     

电极表面形态对真空击穿特性的影响

真空击穿是影响许多电子器件性能的一个重要因素,引起真空击穿的原因很多,其中电极的表面形态在真空击穿的起始阶段发挥着重要的作用。采用有限元法分析了不同电极表面形态对电极间电场的影响,研究表明当电极表面有凹凸缺陷时易引起击穿的发生,其中凸缺陷将导致电场强度几十倍增加,且圆锥形凸起引起的最大电场强度和尖端角度成线性关系;并进一步模拟研究了老炼对真空击穿特性的改进,结果表明老炼可将峰值电场强度降低70%以上。     

水生植物冷冻扫描电镜和常规扫描电镜成像效果比较

比较了三种水生植物(单星藻、芜萍和水蓑衣)的冷冻扫描电镜和常规扫描电镜成像效果,两种方法观察到的样品表面结构差异明显.冷冻扫描电镜下的样品形态饱满、无塌陷皱缩,藻细胞表面的脊状凸起和水生植物叶片上的气孔结构清晰、无变形;而常规扫描电镜冷冻干燥的样品因脱水皱缩变形,甚至表面部分塌陷.冷冻扫描电镜可以有效地解决水生植物样品因脱水而皱缩变形的问题,最大程度地保持样品原本的细微结构特征,非常适合用于含水量高的水生植物样品的超微结构观察.     

CO2激光-MIG同轴复合焊方法及铝合金焊接的研究

激光电弧复合焊接因其焊接效率高、间隙适应性好、焊缝成分和性能可控等优点正在成为工业生产中最重要的激光焊方法。与目前常用的旁轴激光电弧复合焊相比,激光电弧同轴复合可以在工件表面提供对称热源,焊接质量不受焊接方向影响而适于三维焊接。本论文介绍了作者研制的CO2激光与脉冲MIG同轴复合焊系统,以及用该系统进行的铝合金复合焊接实验。对焊接过程中的基本物理现象进行了观察和分析,测定了焊缝的熔深、熔宽和焊缝断面。结果显示,同轴复合焊可以提高电弧稳定性、提高熔化效率和改善焊缝成形。     

SiCp/6061Al金属基复合材料激光焊接研究

采用高能ＣＯ_２激光束对 ＳｉＣ颗粒增强 ６０６１铝基复合材料 ＳｉＣｐ／６０６１ＡＩＭＭＣ进行激光焊接、研究激光焊接工艺参数及填充材料对焊缝显微组织的影响。结果表明,对 ＳｉＣｐ／６０６１Ａｌ复合材料进行激光焊接,可以获得气孔很少、质量较高的焊接接头,但在激光直接熔化焊接焊缝中形成针状Ａｌ_４Ｃ_３脆性相,脆性相Ａｌ_４Ｃ_３的数量与尺寸随激光束功率密度增加而增大,随焊接速度增大而减少。激光焊接时加入０．３ｍｍ厚的金属钛片作为填充材料,在焊缝中形成ＴｉＣ增强相,从而抑制了脆性相Ａｌ_４Ｃ_３的形成。     

脉冲激光点焊铝合金工艺特性研究

研究了几种特殊脉冲波形方式下，铝合金激光点焊焊点形态、尺寸的变化规律。实验结果表明，与矩形方波连续激光点焊相比，前期预制尖峰脉冲可以提高后期主脉冲阶段工件对激光能量的吸收效率，提高低功率下激光点焊的焊点稳定性;而后期的缓降脉冲波形能有效地减少焊点中的气孔和裂纹数量，但是增大了焊点表面的下塌量。缓升脉冲波形可以起到清理工件表面氧化膜的作用，减少焊点中氧化膜气孔的产生，并且能够减少焊点表面下塌量。结合缓升、缓降两种波形的优点，最后采用锯齿脉冲波形获得了无气孔、裂纹等缺陷的高质量焊点。     

激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9焊接接头性能的影响

为了研究激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9异种金属焊接接头性能的影响,采用金相显微镜对焊缝的金相组织和形貌进行了分析,评价了焊缝及周边的硬度和强度。结果表明,在激光焊接K418高温合金与0Cr18Ni9时由于母材热物性参量存在较大的差异,为保证焊缝质量,激光光斑应偏向0Cr18Ni9合金一侧;为了防止热裂纹和液化裂纹的产生,应该尽量延长熔池凝固时间同时减少热影响的热输入;当保护气体流量为12L/min时,对焊缝的保护效果最好,与Ar₂相比N₂能有效减少焊缝中气孔的含量,但也会降低焊缝性能;焊缝的硬度值位于两母材硬度之间,焊接接头的强度约为母材的89%。采用合适的激光焊接工艺可以实现K418合金与0Cr18Ni9较好的焊接效果。     

同轴送粉激光成形中粉末与激光的相互作用

详细介绍了同轴送粉激光成形过程中，金属粉末与激光束相互作用时间的计算方法。在ANSYS软件平台上，建立了金属粉末穿越激光束过程中粉末温度场的计算模型。系统计算了不同颗粒大小316L不锈钢粉末与不同功率激光束相互作用后的温度。在此基础上，计算了金属粉末与激光束的能量交换及金属粉末落入激光熔池后与激光熔池的能量交换。计算结果表明，在激光束直径为3mm条件下，316L不锈钢粉末穿过功率大于1000W的激光束后，所有尺寸金属粉末均被熔化，即金属粉末以液态进入激光熔池。通过金属粉末与激光束及激光熔池的能量交换计算，可知在激光成形中，约有5％的激光能量用于加热和熔化粉末，而大约95％的激光能量用于激光熔池的形成及由于热传导造成的热量损失。     

锆-4合金的激光焊接研究

研究了Ｚｒ－４合金ＣＯ_２激光焊接时焊缝成形和接头冶金质量的控制方法,分析了其接头组织和性能。研究表明,焊缝和热影响区的组织呈板条状,焊接接头拉伸强度大于４８０ＭＰａ,延伸率超过３０％。并完成了２．５ｍ长核燃料元件盒的激光焊接。     

高功率光纤激光焊接铝合金焊缝成形特征研究

为了探究铝合金高功率光纤激光焊接焊缝成形特征与规律,采用高斯光束与平顶光束对3mm厚5052铝合金进行激光对焊,对比分析了不同光束模式下的焊缝成形特征与激光功率、扫描速率对焊缝成形的影响。结果表明,平顶光束焊接主要为热导模式,熔池呈U型,易产生气孔、裂纹等缺陷; 高斯光束焊接有4种模式,随着激光功率和扫描速率的变化,4种模式相互转化,深熔焊模式下,熔池形貌呈“丁字”型; 扫描速率为20mm/s时,高斯光束有效深熔焊的下、上临界功率密度分别为8.8×105W/cm2和9.2×105W/cm2; 激光功率为2.7kW时,高斯光束有效深熔焊的下、上线能量分别为77J/mm和90J/mm; 在满足深熔焊所需功率密度条件下,线能量可作为激光深熔焊接的一个判据,线能量和功率密度对焊接模式与熔池形貌共同起决定性作用。     

激光堆焊接头组织和性能研究

利用激光堆焊方法可以在基体表面获得一层高厚度、高性能的合金堆焊层。通过在45^#钢上进行激光堆焊工艺试验．就激光自动送丝堆焊的基本工艺过程进行研究,比较不同堆焊条件下的组织性能,探索激光堆焊的特性。与氩弧堆焊相比．激光堆焊过渡区狭小,激光堆焊层显微组织随比能量Es增加而逐渐变粗大;堆焊层组织明显细化,硬度提高70％;与高速钢相比．激光堆焊层体现出良好的抗磨性能,比高速钢的耐磨性高42．6％。     

激光钻孔GaN基LED可靠性研究

对GaN基大功率LED工作的可靠性进行了分析,进而提出采用激光钻孔技术,利用高能激光束将蓝宝石基板打出孔洞,并在孔洞内壁蒸镀金属层薄膜。利用金属良好的导热性能,将芯片表面热能传导至基板,并利用封装技术使LED工作时产生的热量能迅速传导至环境中,降低热效应带来的不良影响。实验结果表明:在注入电流350 mA条件下,采用激光钻孔技术的LED较常规结构的LED,散热效率增加约15.0%,抗静电能力提高约500 V,连续工作1 000 h,亮度平均衰减低2.8%左右。     

Mechanical Behavior and Low-Cycle Shear Fatigue Life of the Pure Ni Laser-Welded Joints in Optoelectronics Packaging

The aim of this study is to characterize the behaviors of laser-welded joint between pure nickel (Ni200) weld clip and Kovar base metal under various mechanical loadings, i.e. shear and fatigue in shear. A Nd:YAG laser source with 1064 nm was used to weld a Ni200 piece onto a Kovar substrate by single weld spot. These samples were then subjected to shear test. While the shear fatigue cyclic tests on the four welding spots that joined Ni200 saddle shape weld clip onto the Kovar base metal. Results show that power density is the key parameter that determines the beam penetration depth and overlapping area. The pulse width has dominant effects on the weld width while the charge voltage dominant the depth of penetration and thus increases the absorbed power density. The maximum shear force requires to break a joint is ranged between 90-95, 70-75, and less than 45 N when welded by 380, 360, and 340 V, respectively. The shear strength is very much depends on the spot welding diameter and beam penetration depth. In general, higher pulse width increases the joint diameter and thus reduces the shear strength. The condition of dimples observed in the fracture surface after shear test provides important indication on the properties of the weld joints. The fatigue life for the weld formed by using the selected welding condition ranges from 1178 to 1813 cycles. The fatigue ratios obtained show that the stress below endurance limit has about 17%-23% possibility that fatigue failure will never occur for joints formed by using this range of welding conditions. The surface condition of the fracture surface after shear fatigue test provide direct indication on the crack propagation rate. Observations of all fracture surfaces by scanning electron microscope (SEM) help in understanding the deformation and damage mechanisms of Ni200 laser-welded joint at room temperature.