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。     

Al2O3陶瓷／Nb钎焊接头残余应力场的有限元分析

利用有限元法，采用弹塑性理论对Al2O3陶瓷／Nb接头的应力场进行了数值模拟。得出了接头部位应力σx，σy和τxy的分布状态，研究发现在当接头界面结合良好时在界面附近的陶瓷侧的残余主应力(σ1)出现极大值，裂纹最有可能从此处开启，然后在残余主应力(σ2)的作用下向陶瓷内部延伸。     

玻璃与金属真空钎焊接头残余应力影响参数分析

玻璃和金属焊接接头由于设计不合理,将致使接头存在较大的焊接残余应力,会严重削弱接头强度.应用顺次耦合有限元热应力计算方法,对平板玻璃和金属在真空条件下的钎焊过程进行了数值模拟,分析了玻璃、金属、钎料厚度、钎焊压力和钎焊温度等因素对应力集中区域残余应力的影响,并观察了焊接接头拉伸断裂后的形貌特征.结果表明,金属厚度增加会增大残余应力,并且其对残余应力影响最显著;钎焊压力和钎焊温度的增加可以降低残余应力;玻璃和钎料厚度对残余应力的影响不大;焊接接头的拉伸断裂区域位于玻璃和金属焊接接头界面贴近玻璃一侧.     

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.     

Cu基钎料MIG钎焊接头断裂行为分析

研究用Cu3SilMn钎料、Cu10Mn6Ni钎料分别MIG钎焊镀锌Q235钢板及1Cr18Ni9Ti不锈钢板。试验结果表明,在钎料／母材界面分别存在Si、Mn富集带,经XRD分析Si是以Fe2Si相形式存在,而Mn是以固溶体形式存在;用Cu3SilMn、Cu10Mn6Ni钎料钎焊镀锌Q235钢板接头抗拉强度试样均断在母材,抗拉强度为308．2－308．7MPa,钎焊1Cr18Ni9Ti不锈钢板,拉伸均断在钎缝,其抗拉强度分别是331．5MPa、423．6MPa;拉伸断口分析发现,断裂起裂点在搭接钎缝的根部,主要是母材成分与少量的钎料成分混合、溶解而成,是脆性断口;止裂点在钎缝金属中（Cu3SilMn钎料）或在近界面上（Cu10Mn6Ni钎料）,是塑性断口。     

采用复合钎料钎焊Si3N4陶瓷

采用TiN／Ag—Cu—Ti复合钎料连接Si3N4陶瓷材料，采用扫描电镜观察了接头组织。TiN颗粒与Ag—cu组织结合紧密，并未与钎料基体进行反应，在钎缝中分布比较均匀，形成了局部金属基复合材料组织。由于颗粒与液态钎料之间能够形成较强的毛细作用，提高了活性元素Ti扩散的能力，Ti元素能够充分扩散到钎料与母材的界面上进行反应，生成一层致密的反应层。接头抗剪强度表明，在一定范围内，采用复合钎料可以明显提高接头强度。     

陶瓷金属接头残余应力分析的后处理

以陶瓷与金属的连接为例，介绍了利用有限无法进行接头残余应力计算的基本思想和步骤。在计算结果后处理中，可以用残余应力值分布及残余应变能两种方式来描述接头的残余应力状态。前者常常用来估计裂纹的发生和扩展、中间层的作用、中间层厚度对接头残余应力场的影响以及接头几何形状对残余应力场的影响；后者则可直接用来估算接头抗剪强度。在解决实际工程问题时，如果将二者有效地结合起来，将会使分析更加全面、准确。     

试样尺寸对Al2O3陶瓷／Nb钎焊接头应力场分布的影响

采用数值模拟的方法研究了试样尺寸对Al2O3陶瓷和Nb钎焊接头残余应力场分布的影响,研究发现试样尺寸变化会对接头的残余应力场产生一定的影响.当试样尺寸在高度H方向上不断增加时,残余应力分布趋势基本不变,只是应力峰值有所增加,且当高度H增加到一定值时(在本研究中H=10mm),其变化不再影响残余应力的分布,应力峰值不再增加.当试样尺寸在宽度W方向上增加时,残余应力也是呈现不断增加的趋势,当试样宽度W增加到25mm后,残余应力峰值开始下降.所以适当增加试样尺寸可有效降低试样中残余应力分布,对接头设计有益.     

Al2O3-TiC复合陶瓷与不锈钢扩散钎焊接头组织分析

采用金相显微镜、扫描电镜和电子探针,观察了Al2O3-TiC复合陶瓷与Cr18-Ni8不锈钢扩散钎焊接头的组织形貌,分析了元素在接头中的分布情况和界面附近区域元素的扩散情况.试验结果表明,Ti-Cu-Ti中间层与陶瓷具有良好的反应能力,促进元素的相互扩散.Al2O3-TiC复合陶瓷与不锈钢扩散钎焊接头形成3个扩散反应层,其中一个位于Cr18-Ni8不锈钢侧,厚度约为17.5 μm,成分主要是Fe在β-Ti中的固溶体,Fe-Ti化合物和TiC;靠近陶瓷侧的反应层厚度约为7.5 μm,成分主要是TiC,Ti-O和Ti-Al;中间反应层厚度约为5μm,成分主要是Cu固溶体和Cu-Ti相.     

Al2O3陶瓷/AlSiMg/1A95铝合金间接钎焊接头组织与性能的研究

采用Al-Si-Mg钎料制备了表面Mo-Mn化后镀Ni的Al2O3陶瓷与1A95铝合金真空钎焊接头,研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和剪切性能的影响,并分析了接头的界面微观组织及断口形貌。研究表明,最佳钎焊工艺为580 ℃×20 min,接头的抗剪强度达到74 MPa,此时接头界面结构为Al2O3/Mo-Mn/Al3Ni/α-Al/1A95。随着钎焊温度的升高,界面处Al3Ni化合物厚度增加;随着保温时间的延长,界面处产生了Al12Mo化合物覆盖在Al3Ni化合物上方。接头的断裂形式均为脆性断裂：当钎焊温度较低保温时间较短时,断裂主要发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。最佳工艺条件下,断裂一部分发生在钎料和镀镍层的反应区内,一部分发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。随着钎焊温度或保温时间进一步提高,断裂主要发生在钎料和镀镍层的反应区内。     

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。     

铝锂合金钎焊接头断口组织与性能

采用金相显微镜、扫描电镜、硬度计等测量方法,观察分析了铝锂合金钎焊前后母材和钎焊接头的显微组织变化,通过分析测试钎焊接头的显微硬度和断口微区的化学成分,研究分析了钎焊接头强度的变化规律.结果表明,焊后母材中的强化相由质点转变为板条状;氮气保护条件下,钎焊接头未见气孔、夹杂、裂纹等缺陷,钎焊接头存在一定的扩散区,从而有效地提高了钎焊接头的强度;无氮气保护的条件下,钎焊接头有大量的缺陷存在,这些缺陷的存在严重影响了钎焊接头的强度.     

深冷处理对YG8硬质合金/42CrMo钢钎焊接头残余应力的影响

通过ANSYS仿真软件建立了YG8硬质合金/42CrMo钢钎焊接头的焊接工艺模型和深冷处理工艺模型,分析了接头表面残余应力分布,并与经深冷+回火处理后的焊接接头表面残余应力进行对比。结果表明,深冷处理可使焊接接头42CrMo钢侧形成残余压应力,且深冷温度对残余压应力的影响较深冷次数更明显。最优深冷工艺为-160 ℃深冷3次,且仿真结果与试验测量值相差不大,表明所建立的模型具有一定的可靠性。     

Thermal cycling behavior of alumina-graphite brazed joints in electron tube applications

Alumina was joined with graphite by active metal brazing technique at 895, 900, 905, and 910 °C for 10 min in vacuum of 0.67 mPa using Ti-Cu-Ag (68.8Ag-26.7Cu-4.5Ti; mass fraction, %) as filler material. The brazed samples were thermal cycled between 30 and 600 °C and characterized. X-ray diffraction results show strong reaction between titanium and carbon as well as titanium and alumina. Scanning electron microscopy and helium leak tests show that the initial and thermal cycled brazed samples are devoid of cracks or any other defects and hermeticity in nature. Brazing strength of the joints is found to be satisfactory.     

铝基钎料真空钎焊接头的腐蚀性

采用NaCl的质量分数为3．5％的溶液对四种Al-Si-Cu钎料的真空钎焊接头进行全浸试验，对腐蚀后的钎焊接头进行观察，分析接头的腐蚀类型，研究接头的腐蚀机理，对Cu的晶界偏析及扩散进行了讨论。结果表明，铝基钎料真空钎焊后的接头仍然存在腐蚀问题，腐蚀产物为A1Cl3、Al(OH)3、Al(OH)2Cl，腐蚀类型有点蚀和晶间腐蚀；并且随着Cu含量的增加腐蚀加重，Cu的偏析与扩散对接头腐蚀行为产生重要的影响，在晶界形成他Cu，使晶界周围形成贫Cu区，与晶粒内部处于钝态的αAl存在较大电位差，构成局部腐蚀电池，形成晶间腐蚀。     

Theoretical study and numerical simulation of the stress fields of the Al2O3 joints brazed with composite filler materials

Non-linear finite element code MSC. Marc was utilized to analysis the field of stress of the Al2O3 joints brazed with composite filler materials. The properties of the filler materials were defined by using the mixing law, method of Mori-Tanaka and theory of Eshelby to ensure the accuracy and reliability of results of finite element method （FEM）. The results show stress in brazed beam is higher than that in base material. The maximal stress can be found in the interface of joint. And the experimental results show that the shear strength of joints increases from 93.75 MPa （ Al2O3p Ovol. % ） to 135.32 MPa （ Al2O3p 15vol. % ） when composition of titanium is 3wt% in the filler metal.     

Use of explosives in the reduction of residual stresses in the heated zone of welded joints

In this paper, the effect of explosive charges as a method of reducing the residual stresses in the heated zone of welded joints was studied. A comparative analysis was made of two geometries of the explosive charge applied on welded joints, linear and sinusoidal. The comparative results obtained before and after the explosive treatment demonstrate its effectiveness through the reduction of the residual stresses. Residual stress reduction ranged in the order of 50 and 60%, confirming that explosive treatment offers a viable solution for extending the life of the welded joints.     

基于镀锡银钎料钎焊304不锈钢接头的腐蚀行为

为揭示304不锈钢钎焊接头的腐蚀行为,以BAg50CuZn钎料为基材,采用电镀扩散工艺制备AgCuZnSn钎料,对304不锈钢进行感应钎焊,在60 ℃,3.5% NaCl溶液中评价不锈钢接头的局部腐蚀性,借助扫描电镜对其腐蚀形貌进行分析. 结果表明,经NaCl溶液腐蚀后,钎缝与不锈钢界面出现较长的腐蚀沟;304不锈钢表面腐蚀较严重,存在大范围坑洞、裂纹等缺欠,而钎缝区几乎无腐蚀缺欠,优先被腐蚀的是富铜相. 随着腐蚀时间延长,钎缝和304不锈钢的腐蚀速率均呈现先升高后降低的趋势,钎缝腐蚀速率略低于母材;腐蚀2.5 h后,钎缝区和304不锈钢的平均腐蚀速率分别为0.098和0.104 g/(m2·h).     

板翅结构钎焊残余应力与热变形的有限元分析

对微小尺寸的镍基钎焊不锈钢板翅结构在真空钎焊过程中产生的残余应力分布与热变形状况进行研究分析.采用有限元方法对三层结构的钎焊过程进行了热-力分析,分析考虑真空钎焊的加热特点同时考虑板翅材料和镍基钎料与温度相关的材料特性,得到了钎焊过程中结构的温度变化规律以及钎焊后的残余应力分布和热变形特征.结果表明,隔板与翅片具有不同的热变形特征,板翅钎焊接头钎角处应力状况复杂,易萌生裂纹导致板翅结构的失效,需要选择合适的钎焊时间以得到较好的钎焊接头.