發(fā)布時間：2020-10-12 20:29

　　 超聲波焊接(USW)是一種綠色、高效的連接方法。由于焊接過程中界面及焊接區(qū)域機械-熱-冶金作用的復(fù)雜性以及過程觀察與測量條件的制約,盡管近年來在該領(lǐng)域開展了較為廣泛的研究,但焊接機理有待于進一步明晰、接頭質(zhì)量及可靠性有待進一步提高。電阻熱輔助大功率超聲焊接技術(shù)(RUSW),利用電流流過焊接區(qū)域原位生成的電阻熱來促進界面連接,有望改善焊接過程和提高焊接質(zhì)量,但相關(guān)研究較少,目前處于初步探索階段。本課題針對新能源領(lǐng)域常見的Cu/Al超聲焊接,采用有限元模擬結(jié)合部分試驗,系統(tǒng)研究了超聲焊和電流輔助超聲焊的過程行為及界面連接機制,為超聲焊以及復(fù)合焊的優(yōu)化與應(yīng)用提供理論依據(jù)。利用Ansys軟件建立了超聲焊接及電阻熱輔助超聲金屬焊接的有限元模型。為了較準(zhǔn)確的模擬電、熱、力的交互作用,模型綜合考慮了各接觸面的摩擦產(chǎn)熱、材料的塑性變形熱、材料的動態(tài)超聲變軟率和接觸電阻產(chǎn)熱、隨溫度變化的材料性能。利用所測量的焊頭振幅及上、下工件振幅計算了不同接觸面的摩擦產(chǎn)熱和材料的動態(tài)超聲變軟率。采用測量界面溫度、焊頭下壓位移和焊接截面輪廓形貌的方式對超聲及復(fù)合焊模擬進行了試驗驗證,模擬結(jié)果與實測結(jié)果吻合良好,模型可以用來研究超聲及復(fù)合焊過程。利用上述所建的模型研究了Cu/Al超聲焊中溫度場、塑性應(yīng)變分布和材料的動態(tài)嵌入過程,以及基于超聲作用理論和擴散理論并結(jié)合模擬的界面的溫度、塑性變形結(jié)果分析了界面中間相的生成。結(jié)果表明:最高溫度出現(xiàn)在焊頭與上工件接觸面的中心;焊接過程中,焊頭首先嵌入上工件表面并迅速達到完全嵌入,底座齒在下工件表面的嵌入滯后于上工件;工件塑性變形區(qū)域在開始階段迅速增加,然后進入相對穩(wěn)定階段;焊頭下壓位移與焊接區(qū)域總塑性應(yīng)變呈近似線性關(guān)系。為了深入理解RUSW的界面行為和焊接機制,首先通過與單一超聲焊接在相同時間的溫度場、塑性變形分布進行對比來揭示輔助的電阻熱對焊接過程的影響,同時也與長時間超聲焊情況進行了對比來體現(xiàn)復(fù)合焊的變化。隨后分析了各種熱源單獨作用的過程規(guī)律。結(jié)果表明:在相同時間里,輔助的電阻熱提升了界面溫度并且加速了齒的嵌入材料過程;復(fù)合焊可以在較短時間達到與單一超聲焊相近溫度分布和塑性變形分布但獲得更薄的中間相;復(fù)合作用條件下焊接區(qū)溫升大于單獨熱源作用的溫升之和。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG453.9
【部分圖文】：

連接的研究至今已有 70 多年歷史[1]。在形式上分為[3]：超聲金屬鍵合(ultral seam welding)、超聲金屬點焊(ultrasodation)。超聲金屬鍵合為金屬絲與金屬屬點焊為金屬板（或薄片）之間的連接固接與超聲縫焊工作原理相似，主要固接主要應(yīng)用類型為超聲增量制造

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文于前者的變幅桿與焊頭平行放置而后者為垂直放置，前者得到了廣動焊機由兩對楔-桿驅(qū)動焊系統(tǒng)組成，目前僅在美國福特公司應(yīng)用。將側(cè)向驅(qū)動和楔-桿驅(qū)動系統(tǒng)對金屬進行了焊接，達到了良好的焊接[7]，采用復(fù)合振動設(shè)備進行焊接純鋁時，與常規(guī)超聲縫焊相比，復(fù)焊接面積與焊接質(zhì)量要高。超聲金屬焊機按換能器輸出電功率大小和小功率超聲焊機。大功率超聲焊機一般振幅較大但振動頻率較小Hz）；小功率超聲焊機振幅較小但振動頻率較大（一般 25 kHz 以上）

圖 1-3 薄膜熱電偶陣列測量界面溫度[26]e schematic diagram showing measurement of interface tempfilm thermocouples during ultrasonic welding[27]用紅外測溫儀測量了不同焊接能量下的銅/鋁接頭焊接他發(fā)現(xiàn)界面溫度明顯要低于焊頭接觸面溫度，他認(rèn)為這擦更劇烈引起的。采用薄膜熱電偶、K 型熱電偶、各類熱像儀是超聲金屬器和試驗條件限制，任何測量方法都均存在一定的誤差誤差在于[21]：（1）熱電偶屬于外加物，其力學(xué)和物理性。比如，即使用很細(xì)的熱電偶絲，也會因為導(dǎo)熱的原因接時由于材料接觸面相對運動導(dǎo)致熱電偶測溫位置改變程摩擦劇烈，界面塑性變形復(fù)雜導(dǎo)致測溫回路斷開；（4間的電動勢差可能使得測溫結(jié)果偏小。薄膜熱電偶測溫
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 李東;趙楊洋;張延松;;焊頭幾何尺寸對銅/鋁超聲波焊接接頭塑性變形的影響[J];熱加工工藝;2013年09期

2 朱政強;吳宗輝;范靜輝;;超聲波金屬焊接的研究現(xiàn)狀與展望[J];焊接技術(shù);2010年12期

3 曾純;朱政強;陳長青;張義福;熊志林;;超聲波金屬焊接中的溫度與應(yīng)力分布[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2010年S1期

本文編號：2838237