热辅助超声波增量制造设备制作及铝铜箔焊接工艺研究

发布时间：2017-07-28 11:26

  本文关键词：热辅助超声波增量制造设备制作及铝铜箔焊接工艺研究

  更多相关文章： 超声波焊接 增量制造 热辅助 Cu/Al焊接 结合界面

【摘要】：增量制造技术诞生于20世纪80年代,是一种新兴的实体成形技术,通过将材料逐层累加最终得到零件成品,特别适合形状复杂结构、中空结构或器件植入结构零件的制作,常用的方式为激光烧结或电子束烧结。超声增量制造(UAM)是近几年才出现的增量制造技术,相较于传统方法具有更高的加工精度,焊接过程温度低,不产生弧光和烟尘,同时超声波焊接在异种材料焊接中的优势,使得具有材料梯度的结构件更容易实现。本文自行设计制作了热辅助大功率超声波增量制造设备,其特点为在焊接过程中能够通过焊接平台进行加热,提供额外的热输入,同时改变被焊材料的硬度、塑性等物理性能,提高超声波焊接性能。同时超声波振动系统采用两个对称的换能器串联形式,能够提供更大的超声波焊接功率,焊接压力也随之变为对称加载形式,使焊接过程更平衡均匀。本课题进行了多层Cu箔焊接和多层Cu-Al箔交替焊接的工艺实验。在多层Cu箔焊接过程中,随焊接层数增加,超声能量向下层焊接界面传递分量增多,顶层焊接界面的最高温度呈下降趋势。随焊接压力的增大,界面温度和接合面剥离强度均先升高后下降。焊接平台加热后,界面温度持续升高,但超声作用下的温度增量下降,剥离强度先升高后下降,对比分析发现,在一定范围内剥离强度随界面温度升高而增加,最大剥离强度达到24.420Pa/mm,但温度过高会导致材料烧损,强度下降。多层Cu-Al交替超声波焊接过程中发现,铜箔和铝箔的相对位置对界面结合的影响较大,相同焊接参数下,铝上铜下的焊接方式在界面位置会产生更高的温度,焊接强度也普遍较高。在焊接平台加热情况下,界面剥离强度大大提高,此时铜上铝下结合界面的剥离强度略高于铝上铜下的情况,两种焊接形式最大剥离强度分别为26.23N/mm和23.28N/mm。在超声波焊接界面处均发现金属的塑性变形和塑性流动现象,在Cu箔和Cu-Al箔片的焊接实验中分别观察到了动态再结晶现象和金属原子的扩散现象。界面超声振动摩擦强烈位置的氧化膜破碎并向周围分散,最终在界面塑性变形较小的位置产生氧化物的聚集。
【关键词】：超声波焊接 增量制造 热辅助 Cu/Al焊接 结合界面
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG456.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景与研究意义9-10
• 1.2 超声波技术介绍10-13
• 1.2.1 超声波技术的分类及发展10-11
• 1.2.2 超声波设备的研究11-13
• 1.3 超声波焊接的应用13-18
• 1.3.1 超声波焊接研究现状13-17
• 1.3.2 超声波增量制造研究现状17-18
• 1.4 主要研究内容18-20
• 第2章 实验材料和实验设备20-23
• 2.1 超声波发生器及谐振频率测量20-21
• 2.2 超声波焊接实验材料21
• 2.3 温度测量21-22
• 2.4 微观组织及力学性能分析22-23
• 2.4.1 界面微观组织观察分析22
• 2.4.2 力学性能分析22-23
• 第3章 热辅助大功率超声增量制造设备制作23-38
• 3.1 超声波振动系统材料选择23-24
• 3.2 超声波振动系统的设计与制作24-35
• 3.2.1 超声波焊接压头的设计与制作26-28
• 3.2.2 超声波换能器和中间变幅杆的设计与制作28-31
• 3.2.3 超声振动系统的其它重要部件及组装31-33
• 3.2.4 超声波焊接振幅测量及问题完善33-35
• 3.3 压力机构、支撑行走机构及加热模块设计35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 铜箔超声波焊接工艺研究38-53
• 4.1 引言38
• 4.2 多层铜箔超声波滚压焊接38-52
• 4.2.1 多层铜箔超声波滚压焊接成形及界面热瞬态38-44
• 4.2.2 多层铜箔超声波滚压焊接组织特征44-48
• 4.2.3 多层铜箔超声波滚压焊接力学性能及断口分析48-51
• 4.2.4 多层铜箔超声波滚压焊接界面结合机理51-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第5章 铝/铜箔超声波焊接工艺研究53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 多层Cu-Al箔片交替超声波滚压焊接53-64
• 5.2.1 多层Cu-Al箔片交替超声波滚压焊接成形及界面热瞬态53-55
• 5.2.2 多层Cu-Al箔片交替超声波滚压焊接组织形貌特征55-59
• 5.2.3 多层Cu-Al箔片交替超声波滚压焊接力学性能及断口分析59-62
• 5.2.4 多层Cu-Al箔片交替超声波滚压焊接界面结合机理62-64
• 5.3 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果71-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 张磊;;超声波焊接镍/铝异种金属研究[J];科技创新与应用;2013年33期

2 朱政强;吴宗辉;范静辉;;超声波金属焊接的研究现状与展望[J];焊接技术;2010年12期

3 熊志林;朱政强;程正明;胡琴;张义福;;超声波焊接制备碳纳米管增强铝基复合材料[J];上海交通大学学报;2010年S1期

4 俞宏沛;计及应力螺栓的超声换能器和变幅杆及其组合的性能计算[J];声学与电子工程;1989年02期

5 谢陈阳;朱政强;王小龙;;钛合金超声波焊接温度场和应力场的数值模拟[J];热加工工艺;2013年07期

6 倪泉;陈玉华;;超声波焊技术的研究现状[J];现代焊接;2011年10期

，

本文编号：583831