超声波线焊的两维非接触有限元分析

在超声波线焊中,虽然金线和焊接平台间的接触界面较大,但实验显示,焊接部位只发生在接触截面的周边,这是一种特别的焊接界面形态和超声波线焊的机理。本文采用弹塑性、大变形的非线性有限元方法,模拟了超声波线焊的过程,分析了接触界面的接触压强分布,发现不均匀的接触压强分布是导致这种焊点形态的主要原因。这种不均匀的焊点形态也将影响对压碶按压力作用的理解,过高的压碶按压力并不一定有助于超声波线焊。     

电子封装中超声波线焊的三维/二维非线性有限元分析

用三维和二维的有限元方法对超声波线焊进行了模拟，其间考虑了材料非线性、几何非线性和接触边界非线性的影响。实验显示，金线和焊接平台的接触界面为长椭圆形状，其中焊接部位发生在接触界面的周边。有限元模拟的结果显示，最大的接触压力以及由此导致的最大摩擦能密度也发生在接触界面的周边，从而解释了实验现象。分析了各工作参数对超声波线焊产生的影响。结果表明，并不是压碳按压力越高，接触压力就越大，这意味着提高压碳按压力不一定能提高焊接的可能性，有限元分析有助于确定合适的压碳按压力。     

超声波金属焊接技术在汽车线束的应用

正超声波金属焊接作为一种先进的电连接工艺,在汽车里得到了广泛应用,大家如果看到网状纹路或条状纹路,基本都是采用超声波焊接的。超声波金属焊接是19世纪30年代偶然发现的。它类似于摩擦焊,但有区别。一般认为在超声波焊接过程中的初始阶段,切向振动除去金属表面的氧化物,并是粗糙表面的突出部分产生反复的微焊和破坏的过程而使接触面积增大,同时使焊区温度升高,在焊件交界面产生塑性变形。这样在接触压力的作用下,相互接近到原子引力能够发生作用的距离时,即形成焊点。焊接时间过     

基于分子动力学的MEMS器件微摩擦特征仿真研究

微机电系统(MEMS)的尺度深入到微-纳米量级时,表面力与体积力相比成为起主导作用的力,其黏着效应与表面效应渐成主导的或不可忽略的机制.分子动力学模拟的日趋成熟,使人们有可能研究一种最单纯的摩擦状态,即"界面摩擦",它是指把负荷引起的塑性变形、黏着和粗糙度的影响抑制到最低限度,实现原子级光滑表面的分子接触时的摩擦状态.对不同材料的界面摩擦过程进行了分子动力学(MD)模拟研究,采用基于Morse势函数描述原子间的相互作用,以牛顿方程建立力学运动方程,使用改进后的Verlet算法求解原子运动轨迹.将MD仿真结果得出的微观摩擦规律与文献[7]等实验对比,并进行了讨论.最后在此基础上探讨了分子动力学方法在微机械设计中的作用及发展方向.     

异种铝合金搅拌摩擦焊工艺研究

研究了7075/5083异种铝合金搅拌摩擦焊接头形貌及拉剪强度。采用光学显微镜对接头微观组织进行分析,研究发现焊接接头呈非对称分布,前进侧材料混合更加充分,后退侧界面附近存在孔洞缺陷;整个横截面可以分为母材、热影响区、热机影响区和焊核区,焊核区存在洋葱环形貌。拉剪实验结果表明,随着旋转速度的增加,接头的拉剪强度提升,但是由于接头存在孔洞缺陷,最高拉剪强度仅有120 MPa。     

电子封装中超声波线焊的瞬态热－结构有限元分析

用三维有限元方法对超声波线焊进行了瞬态的热-结构分析。为了用较小的规模模拟相对较长的金线和较大的焊盘,提出了一种温度场分析的等效方法。有限元模拟结果显示：超声波线焊中的总体温度远低于金属的熔点,说明总体温度的升高不是导致超声波线焊的直接原因;焊盘越小,总体温度越高,所以减小焊盘的尺寸能提高焊接性能;较大的压碘键合力对应的总体温度也较高,但是效果不明显,而且容易损伤金线。     

金属冷压焊结合机理的试验研究

针对金属冷压焊的结合机理,采用中子活化、电镜扫描、光谱分析等测试手段对金属冷压焊接头界面原子扩散行为进行了综合试验测定,发现在所测试的冷压焊接头中不存在异种金属间的相互扩散行为。进一步对冷压焊接头界面区的透射电镜观察分析表明：接头界面区是由挤压碎化的细晶构成,碎化的细晶在界面处相互咬合增加了相焊金属间物理接触面积,形成碎化细晶之间的晶间结合,无需金属原子间的扩散就能实现结合。根据上述分析结果,实现了非共格金属间及液相、固相不相溶金属间的对接冷压焊。并进一步说明了各种不同组配异种金属间的冷压焊接性     

不用热源的超声波焊接

不用热源的超声波焊接,在焊接领域中是一种新技术,目前只有少数国家开始应用,超声波是声波的一种,其频率超过20000Hz。 所谓不用热源的超声波焊接,就是用超声波振动转换成能量进行焊接。超声波焊接的机理是利用高频的弹性机械振动,使焊件接触面之间产生高速的相对磨擦运动,把金属表面的氧化膜破坏掉。由于温度的升高,使金属麦     

小分子气体在液压油中扩散行为的分子动力学研究

为了从微观层次上揭示气体小分子在液压系统中的扩散机理,对小分子在液压油中的扩散溶解行为进行了分子动力学模拟。采用分子动力学模拟软件,模拟了不同温度下气体小分子在液压油中的扩散。结果表明,温度越高,扩散系数越大,且与文献报道的实验数据吻合较好,说明分子动力学模拟是研究小分子在液压油中扩散行为的有效方法。     

V/Nb复合中间层对NiTi合金/不锈钢异种金属激光焊接接头微观组织及力学性能的影响

为避免NiTi合金与不锈钢焊接时Ti-Fe及Ti-Ni等脆性金属间化合物的形成,采用V/Nb复合中间层与双道激光焊接的方法对NiTi合金与301SS异种金属进行焊接,并对接头的显微组织和力学性能进行分析,揭示其连接机理。试验结果表明,由于未熔化V和Nb的存在成功阻碍了熔池中NiTi合金和301 SS的混合,抑制了接头中Ti-Fe及Ti-Ni等脆性金属间化合物形成,接头的最高抗拉强度达到280 MPa。第一道焊接形成的Fe/V界面为熔化焊连接,而第二道焊接则形成了V/Nb和Nb/NiTi两个连接界面,V/Nb界面为熔化焊连接,Nb/NiTi界面为接触反应钎焊连接。     

一次爆炸焊接制备铝/镁/铝合金复合板的数值模拟

爆炸焊接过程具有瞬时、极速和复杂物理化学反应的特点,数值模拟是一种重要且有效指导和优化爆炸焊接试验的方法。提出一次爆炸焊接方法制备铝/镁/铝合金复合板,采用SEM和EDS表征复合板结合界面形貌及组织成分,研究发现铝/镁/铝合金复合板界面形成明显的波形界面,且结合界面处发生明显的扩散行为。通过数值模拟的方法分析爆炸焊接过程中复合板界面的应力应变场分布和温度场分布,结果表明复合板结合界面的连接机理是压力焊、熔化焊和扩散焊综合作用的结果。所得结果有利于指导一次爆炸焊接成型制备多层复合板及连接界面结合机理的研究。     

工艺参数对镁钛异质金属超声波点焊接头拉伸性能及疲劳性能的影响

镁、钛等轻合金在工业上的广泛应用离不开其异质结构件的连接,作为应用较为广泛的固相焊技术,超声波点焊技术是实现高强度连接的有效途径之一。对镁钛异质金属进行超声波焊接,研究焊接参数对接头拉伸性能及疲劳性能的影响规律,用极差分析法和方差分析法研究焊接参数及参数间交互作用的影响权重,通过疲劳试验结果和Paris模型分析焊接参数对接头疲劳性能的影响。研究结果表明：在镁钛超声波焊接接头拉伸性能中,焊接压力是最显著影响因素,其次是焊接时间和焊接振幅,另外焊接时间与焊接振幅之间的交互作用对性能也有显著的影响。疲劳性能中,接头在不同的循环次数下失效模式不同,通过微观分析研究界面断裂机制,当接头达到高强度连接时,过高的焊接参数会导致镁板厚度降低,从而显著降低焊件的疲劳性能,其中焊接压力影响最为显著。     

螺栓联接界面表面分形及接触研究

针对由螺栓联接的两个粗糙表面微观特征和实际接触情况进行了研究。采用分形函数模拟生成了粗糙面轮廓曲线,发现分形参数对传统粗糙度参数有影响;探讨了分形维数D与机械加工面传统粗糙度参数Ra的关系;利用表面分形模拟数据和实验测量数据建立了有限元接触模型。运用Abaqus软件对模型计算表明:随着接触载荷(螺栓预紧力)的增加,接触面积也相应增加;在相同接触载荷(螺栓预紧力)下,表面越光滑,接触面积越大;当接触面积增加到某一值后,改变不明显,且接触面积小于名义接触面积。这一结论可以很好的解释超声波能量在螺栓联接界面的传递机理,即预紧力-真实接触面积-能量三者的关系,为超声波能量法在螺栓松动监测中的应用提供理论基础。     

激冷影响TC4钛合金FSW残余应力与变形的规律

以2 mm厚TC4钛合金板材作为研究对象,基于ABAQUS模拟软件对空冷和激冷条件下钛合金搅拌摩擦焊的温度场和失稳变形进行了研究,并对模拟结果进行了实验验证。结果表明：焊接过程中的温度场均为椭圆形分布,在垂直于焊缝方向残余应力均为双峰型分布。与空冷条件相比,激冷可减小焊接过程中温度峰值与高温分布范围;焊件表面拉应力的降低程度远大于焊件底部拉应力的降低程度。当激冷温度与距离分别是-30 ℃与20 mm时,激冷条件下焊件马鞍形相当于空冷条件下变形量的72.2%。     

水冷式电焊把

手弧焊时,焊把是否轻巧灵便且在连续焊接时不发热,对减轻焊工疲劳,提高效率有密切的关系。目前普通使用的焊把由于把线较粗(35～40毫米~2),把线与焊把连接处的接触电阻较大,连续焊接一段时间后就烫手,尤其在夏季,往往焊接30～40分钟焊把热的无法进行焊接。为了解决这些问题,曾加大把线的载面积,将把线与焊把的连接改为锡焊,但收效不大,而焊     

超声波焊接工艺探讨

超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面,在加压的情况下,使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。本文通过超声波焊接工艺的研究,详细说明了超声波焊接工艺、超声波焊接设备、常见的超声波焊线设计以及超声波焊接在生产中常见质量问题及解决方案。以供同行参考。     

单晶铜薄膜纳米压痕过程的分子动力学模拟

使用三维分子动力学方法模拟了单晶铜薄膜的纳米压痕过程,研究了压头半径对纳米压痕过程的影响;采用Morse势函数计算试样原子与压头原子之间、试样原子之间的相互作用关系.结果表明:单晶铜薄膜纳米压痕的力学机理是非晶态产生的变形;纳米压痕过程具有尺寸效应,压头大小对单晶铜薄膜纳米压痕的分子动力学模拟结果有显著的影响.     

超声波焊接金属界面温度仿真及实验研究

针对超声波焊接金属界面温度难以实时测量的问题,从能量角度建立了超声波焊接二维瞬态传热模型。利用ABAQUS计算了超声波焊接铝箔表面不同点处的温度历程,红外热像仪测量了焊接过程中铝箔表面温度历程曲线,铝箔表面最高温度计算值与实验值对比误差在5%以内,证明该模型具有良好的计算精度。再利用该模型计算了不同参数组合下超声波焊接铝箔界面的温度场,研究表明,超声波焊接铝箔界面最高温度不超过金属熔点的50%;得到了焊接界面最高温度与速度、声极振幅和法向压力的关系,其中,焊接最高温度随焊接振幅的增加而增加,随焊接速度的增加而减小。本研究结果对于揭示超声波焊接成型热过程机理及热机耦合应力过程的研究具有重要意义。     

6061铝合金薄板焊接应力与焊接变形

研究了6061铝合金薄板TIG焊焊接应力、焊接变形与焊接电流、焊接电压和板材尺寸的关系.随着焊接线能量的增加,铝合金的纵向和横向收缩变形增加;随着板的长度的增加,由于约束增加,板的纵向残余变形减少,厚度方向的抗弯增大,横向变形增大.板焊后,焊缝处受拉应力,而紧靠焊缝的母材处却受压应力,其余部分受拉应力且焊接线能量越大,残余应力越大.     

纳米黏着接触行为及其压力分布和相变过程分析

运用分子动力模拟方法研究刚性球型探头与原子级光滑表面的黏着接触过程,分析接触过程的载荷-位移曲线、压力分布和相变情况;得到加载过程黏着接触的"突跳点"与"引力最大点",分别是由于探头与基体原子之间的范德华作用和键合作用导致;在卸载过程中引力最大时刻,探头与基体发生"颈缩"分离。在"突跳"点时,接触区原子处于受拉状态,在"突跳"过程后,接触区中心原子逐渐处于受压状态,接触边缘处于受拉状态;随着探头不断压入基底,接触区中心原子所受压力越来越大。在卸载过程中的引力最大时刻,接触区原子重新处于受拉状态。在加载过程中接触区内有高压相的产生,在卸载过程"颈缩"分离阶段,配位数为0的原子数目迅速增加,更多的原子粘附在探头上被带走。