中间层对Al_2O_3陶瓷/45钢电极扩散焊接残余应力的影响

用有限元方法计算了Al_2O_3陶瓷与45钢扩散焊接残余应力的分布,研究温度为1130℃,压力为10 MPa,冷却速度为10℃/min,模拟不同的中间层Cu、Ti、Ni分别对残余应力的分布,以及这3种材料自由组合成的不同复合中间层对残余应力的分布规律。结果表明:采用单层中间层时,中间层为Cu对于残余应力的减小效果更加明显;复合中间层为Ti-Cu对于残余应力的减小效果要明显优于单层中间层;对于Ti-Cu组合的复合中间层,钛与铜的厚度配制不同对于应力的改变也各不相同,当钛的厚度为0.4 mm、铜的厚度为0.6 mm时,残余应力的减小效果较好。     

陶瓷/金属焊接技术与残余应力研究现状

随着加工制造难度增大与服役环境恶劣化,对材料的综合性能提出了更高要求。将金属与陶瓷焊接在一起能克服各自缺点,满足矿山机械等方面运用要求,而二者焊接接头的残余应力问题较为棘手。本文综述了金属/陶瓷焊接的多种方法,总结了陶瓷与金属焊接残余应力状态与分布规律,对目前残余应力的缓解途径进行了归纳,并提出应将梯度陶瓷的构建与数值模拟分析作为缓解金属与陶瓷等异种材料焊接残余应力的研究重点。     

轻质金属与陶瓷连接研究综述

轻质金属由于其高比强度的优点,在航空航天、能源、汽车、建筑、包装与交通运输等诸多领域中得到了广泛的应用。然而大多数轻质金属的高温强度较低,将轻质金属与陶瓷连接起来制备成复合结构有助于获得质量较轻,高温性能优良的构件。本文综述了钛合金,铝合金,锆合金与Ti Al金属间化合物等常用轻质金属与Al_2O_3、Zr O_2、Si C、Si O_2、Si_3N_4与MAX相等常见陶瓷及Si O_2f/Si O_2和Cf/Si C等陶瓷基复合材料的钎焊,扩散焊的研究现状,并介绍了如中间层法,复合钎料法与界面结构设计等常用的缓解轻质金属与陶瓷接头中残余应力的方法,综述了中间层与复合钎料中增强相的选取原则,讨论了目前轻质金属与陶瓷连接中存在的问题与发展趋势。     

缓冲层对硬质合金环与钢体钎焊接头残余应力的影响

采用有限元软件对硬质合金圆环与钢基体钎焊接头残余应力的分布状态进行模拟,研究缓冲层对接头残余应力的影响,结果表明, 在钎缝与硬质合金一侧接触面上残余应力最大,在接触面上靠近中心侧区域为最危险区域.通过添加缓冲层,可以大大缓解焊后的残余应力,且缓冲层的厚度存在最佳值.经试验验证,计算结果与试验基本一致.     

陶瓷/金属钎焊接头残余应力的测量及数值计算

用微区X射线衍射仪测量了陶瓷／金属接头陶瓷表面离边缘0．2mm处的残余应力的大小和分布，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，对接头残余应力的大小和分布进行了计算。结果表明，计算值和测量值的趋势基本一致，都是在陶瓷侧的外表面靠近界面的地方存在着最大的轴向拉应力。X射线衍射测量结果还表明，Si3N4／40Cr接头的钎料层较厚时，接头的残余应力值较高。     

核电站接管安全端异种金属焊接接头残余应力预测的研究现状

接管安全端异种金属焊接接头是压水堆核电站中连接主设备低合金钢压力容器接管嘴与不锈钢管道的一种典型结构,易发生一次侧应力腐蚀开裂,而焊接残余拉应力是造成此种应力腐蚀开裂的主要因素之一.因此,准确评估接管安全端异种金属接头的焊接残余应力分布至关重要.通过有限元模拟研究焊接残余应力旨在保障核电设备的结构完整性.介绍了接管安全端异种金属焊接接头的结构、材料与焊接工艺特点,综述了有限元模拟方法预测异种金属焊接接头残余应力分布的数值计算工作和典型流程,以及诸多因素对有限元模拟异种金属焊接接头残余应力的影响.     

金属波纹管发生应力腐蚀的自身因素的研究

本文能过对波纹管试件的残余应力测定、金相分析、腐蚀试验,找到了金属波纹管发生应力腐蚀的若干自身因素,据此可为金属波纹管应力腐蚀的进一步研究和防治提供论据.     

相变温度对焊接残余应力的影响规律及机理分析

通过对焊缝金属相变温度、相变膨胀应变和焊接接头残余应力的测试，分析了相变应力的产生及其对焊接残余应力的影响，相变应力不仅能够降低焊缝金属由于热收缩所引起的残余拉伸应力，而且在一定的条件下还可以产生残余压缩应力，论述了相变温度对焊接残余应力的影响规律以及获得残余压缩应力的相变温度范围，试验证明相变温度在100～300℃范围内，焊缝金属可以获得残余压缩应力，其中在190℃左右时残余压缩应力达到最大。     

面向应力剥层测量的铝合金电解工艺研究

X射线衍射法可以无损测量表面残余应力,但需要结合剥层法才能测量材料一定深度上的残余应力。设计了一种电化学剥层的装置,采用NaCl溶液作为电解液,可以对金属平面小区域进行材料去除,电解深度可精确控制。以铝合金材料为例,试验优选出电解加工参数电流密度为23.87A/cm~2和电解液流量为1200cm~3/min。通过对数据拟合曲线进行优化处理,标定了实际深度蚀除速度约为7.42μm/s。对铣削铝合金板进行表层残余应力测量,测量结果符合一般铣削铝合金残余应力分布规律。     

P92钢多层多道焊接接头残余应力的有限元模拟

采用考虑固态相变的热-冶金-力学耦合有限元模拟方法,使用SYSWELD软件研究了P92钢多层多道焊接接头的温度场及残余应力场;观察了接头截面形貌,采用盲孔法测试了残余应力,并对模拟结果进行了验证;采用该有限元模拟方法分析了焊接过程中残余应力的变化。结果表明:模拟得到的接头截面峰值温度分布形状与试验得到的接头截面形貌相吻合,说明有限元模拟可以较好地还原实际焊接过程中的热输入情况;模拟得到的接头残余应力沿焊缝中心呈对称分布,与试验结果吻合较好,说明该有限元模拟方法可以准确地预测P92钢多层多道焊接接头的残余应力;在多层多道焊接过程中焊缝及热影响区的部分金属在经历后续热循环时发生软化,导致残余应力消失,并在冷却阶段发生残余应力的重新分配。     

微应力底模板的制造工艺研究

真空铝钎焊工艺所使用的夹具通常采用不锈钢制作。本文研究了精密焊接件的装夹底模板的制造工艺。该底模板材质采用0Cr25Ni20低碳耐热钢,其装夹表面是焊接件的尺寸基准面。由于底模板的尺寸公差将直接影响焊件的钎焊质量,因此,在钎焊加热一冷却过程中应保证底模板有足够的尺寸公差。微小的残余应力是底模板能够满足工作要求的关键因素。由于在焊接和机械加工底模板的过程中,都不可避免的会产生残余应力;因此,应采用合理的加工工艺及方法,才能制作出微应力和高精度的底模板。     

钎料对金属/陶瓷钎焊接头残余应力的影响

采用热弹塑性有限元方法,在考虑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陶瓷与镍丝钎焊接头在钎焊过程中产生的应力大小和分布情况.结果表明：钎焊过程中,在钎料与陶瓷界面的陶瓷侧会产生较大的残余拉应力,影响了钎焊接头的连接强度.在此类连接结构中,钎料对接头残余应力的影响是主要的,而钎料性能参数及厚度是决定接头残余应力大小的重要因素.在选择金属/陶瓷钎焊用钎料时,为降低接头残余应力,除考虑钎料与陶瓷的润湿性和界面反应程度外,钎料的性能参数和厚度同样重要.     

组合圆管激光束钎焊过程的数值模拟

组合圆管外层为铍管，内层为钨管．二者通过过盈配合形成。采用MARC软件对组合圆管激光束钎焊过程进行了数值模拟，得到组合圆管钎焊过程的应力场及焊接后的残余应力分布，进一步研究了过盈量对组合圆管焊接残余应力分布的影响，并采用X射线法对组合圆管外表面的焊接残余应力分布进行测试。焊接残余应力有限元计算值与实测值的变化趋势基本一致，验证了有限元模型。     

中间层厚度对H62 黄铜精密构件瞬时液相连接的影响

瞬时液相( Transient Liquid Phase,TLP) 连接是利用中间层材料与母材的冶金反应产生液相实现的,它可以弥补常规毛细钎焊的某些缺陷。文中采用Ag 作为中间层进行了H62 的瞬时液相连接,得到了性能优良的接头。试验结果表明:中间层厚度对瞬时液相连接质量影响很大。当Ag 中间层厚度为6 滋m 时,液相量合适,形成的少量液相在压力作用下填满钎缝,获得了良好的接头瞬时液相连接组织,同时实现了圆角尺寸的控制,减小了接头变形。     

用不同中间层微波连接氮化硅陶瓷

研制的微波连接装置由微波源，单模谐振腔，红外光纤测温仪，焊件加压机构和真空及抽气系统组成。并在此装置上用不同中间层材料对氮化硅陶瓷进行了微波连接。     

基于GA-BP神经网络的PDC刀头钎焊残余应力优化分析

针对PDC硬质合金基底与45钢焊后残余应力对刀头钎焊强度的影响,在对钎焊残余应力进行有限元分析的基础上,利用MATLAB平台,将BP神经网络与遗传算法应用于钎焊参数优化设计。首先设计正交试验样本,对样本进行有限元模拟获得最大钎焊残余拉应力,并作为基于遗传算法优化的BP神经网络的导师信号;利用遗传算法,把减小最大残余拉应力作为目标,得到钎焊最优参数;最后通过数值仿真验证,计算数值模拟结果与遗传算法预测结果相吻合。     

随焊氩气激冷控制铝/钢薄板残余应力与变形研究

针对铝/钢异种金属薄板焊接时容易产生残余应力与变形问题,提出采用随焊冷却氩气激冷对其进行控制。建立随焊氩气冷却激冷铝/钢异种金属熔钎焊的数值分析模型,研究不同冷却距离对残余应力和变形的控制效果,探究随焊激冷技术控制焊接变形与残余应力机理;同时,进行随焊激冷铝/钢异种金属熔钎焊试验,对焊接温度场、残余应力与变形进行测量,验证模型的准确性。结果表明,采用最优冷却距离（d=10 mm）,进行随焊冷却氩气激冷焊接试验时,纵向残余拉应力峰值和残余压应力峰值分别减小42.1%和74.4%,横向残余拉应力峰值和残余压应力峰值分别降低11.3%和14.4%,铝板和钢板外边缘焊接变形量分别减小67.9%和69.5%。随焊冷却氩气激冷技术可有效控制铝/钢薄板焊接时产生的残余应力与变形。     

ZrO2陶瓷与钛合金非晶钎焊

由于陶瓷的线膨胀系数与金属的线膨胀系数相差很大,因此在通过焊接连接陶瓷与金属时,热作用势必会在接头区域会产生幅值较大的残余应力,进而降低接头的力学性能,严重时甚至会导致连接陶瓷接头的断裂。这使得陶瓷与金属的连接是一个广受关注但又未能得到很好解决的科学问题。采用非晶钎料实现ZrO2陶瓷与Ti-6Al-4V合金的钎焊连接,研究焊接工艺参数对接头的组织与性能的影响。结果表明接头界面组织结构为ZrO2陶瓷/Cu2Ti4O+(Ti,Zr)2Cu/TiO+Ti2O/CuTi2+(Ti,Zr)2Cu/ CuTi2/Ti-6Al-4V合金。钎焊温度、保温时间和冷却速度对界面组织结构有最大的影响,主要体现在反应层的厚度和脆性(Ti,Zr)2Cu相的变化。接头的剪切强度随钎焊温度、加热时间和冷却速度的增加而降低。最佳工艺参数为焊温度1 173 K,保温时间10 min,冷却速度5 K/min,其钎焊接头剪切强度可以达到165 MPa。     

热力耦合条件下的SiC/Fe/SiC接头残余应力分析

陶瓷和金属的连接是陶瓷获得广泛应用所需解决的问题之一,陶瓷-金属连接中残余应力计算、测量、缓解是陶瓷在应用中必须解决的关键问题。对陶瓷与金属连接的应力分析计算时,考虑连接温度对应力的影响会使计算结果更接近实际。本文采用有限元方法对SiC/Fe/SiC高温钎焊连接件进行了三维温度场分布的有限元计算分析,并在此基础上计算了该连接件在热力耦合条件下的残余热应力分布情况。计算结果表明,在陶瓷与金属连接中连接处的外表面是应力和热量最为集中的地方,也就是连接件最易出现裂纹的地方。此外,在模型的边界、棱角处由于其曲率半径的影响,也是温度和应力集中点。平面与曲面相比,曲面的残余应力分布均匀,且数值高。