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超声波焊接论文摘要范文超声波焊接论文摘要写 为了解决当前聚合物MEMS器件键合技术中存在的问题,将塑料超声波焊接技术引入聚合物微器件键合领域,从而形成了一种新的MEMS键合工艺超声波键合.目前广泛应用于聚合物加工的塑料超声波焊接技术具有不需要焊剂和外部热源、对焊件破坏轻、焊接时间短、焊接影响区域小等优点,超声波聚合物MEMS器件键合是塑料超声波焊接技术从宏观器件到微观器件的一次应用范围上的拓宽.简述了塑料超声波焊接和MEMS器件超声波键合技术的国内外研究发展现状.采用MEMS加工工艺制作了带有键合接头的PMMA微流控芯片,并利用超声波塑料焊接机实现了高强度密封键合试验.然而,与宏观器件的焊接相比超声波MEMS键合存在着因结构微型化而产生的特殊技术问题,文章对这些问题进行了讨论. 文摘从焊接材料、工艺参数、焊接面连接形式等方面综述了塑料超声波焊接对焊接质量的影响规律.低熔点、高表面摩擦系数的材料容易进行焊接,焊接质量主要受焊接时间、压力等因素的影响,导能筋及连接层的引入有利于提高焊接质量,并指出了塑料超声波焊接的发展方向. 层叠式锂电池作为新能源汽车的动力,其关键材料及制造工艺的研发是当前的热点问题.锂电池制造主要包括制浆、涂布、焊接、装配、化成等工序,而焊接工序作为锂电池制造工艺中的关键一环,被应用于锂电池铝/铜正负集流体、极片以及电池封装等多个位置的连接,任何焊接接头缺陷都将显著影响锂电池性能的一致性.因此,如何保证锂电池金属极片的焊接接头质量是目前锂电池制造中亟待解决的关键问题之一. 超声波金属焊接作为一种优质、高效、低耗、清洁的固相连接技术,适用于铝/铜等高导电、导热材料的连接,已得到国内外汽车制造商和锂电池制造企业的关注.然而,由于受材料属性（铝/铜/镍等）、材料厚度（10m-1mm）变化的影响,焊接过程中摩擦产热、塑性变形的影响机制尚不明确,引起超声波焊接接头质量一致性差,工艺参数选择范围小等问题. 针对上述问题,本文首先建立了铝/铜金属极片超声波焊接实验系统,研究了焊头面积、焊头齿深、压力、振幅、时间等工艺参数对接头强度的影响规律.其次,采用红外热成像方法研究焊接过程中焊头-工件接触区温度的变化规律,揭示焊接过程的摩擦产热行为及其对接头形成的影响.再次,研究焊接过程中工件与工件接触界面间塑性变形规律,揭示塑性变形对接头形成的作用机制.最后,建立基于响应面法的焊接工艺参数优化模型,获得最优焊接工艺参数,以提高接头质量.本文的主要研究内容及结论如下： （1）焊头-工件接触区温度试验研究 针对极片超声波焊接过程中的摩擦生热,研究了工艺参数对焊头-工件接触区温度的影响规律,根据焊头-工件接触区温度的变化监测超声波焊接接头强度的变化,以实现接头质量的在线检测.结果表明：焊接过程中被焊材料未达到熔点,极片超声波焊接为固相连接,而不是熔化连接.当接触区温度等于临界值时,接头强度最高；接触区温度低于和高于临界值,都会降低接头强度.0.2mm铜/铜、铝/铝、铝/铜超声波焊接过程中的临界温度分别为179.5、77.4、79.1. （2）工件与工件结合区塑性变形试验研究 采用金相检验、SEM、EDS等方法,实验研究了工艺参数对极片超声波焊接接头工件与工件结合区塑性变形的影响规律.结果表明：铜/铜、铝/铝同种金属焊接时,工件与工件接合区受塑性变形的作用,形成机械嵌合连接.铝/铜异种金属焊接时,接合区未形成稳定的金属间化合物,但存在元素扩散现象.提出采用有效厚度和有效连接长度表征结合区塑性变形的方法,增大焊接压力、焊接振幅、焊接时间都能够提高接头有效连接长度.最后,建立塑性变形与接头强度的定量关系模型,确定临界有效连接尺寸. （3）基于响应面法的超声波焊接工艺参数优化方法 以铝/铜材料超声波焊接为例,采用响应面和均匀试验设计方法,建立焊头面积、焊头齿深、焊接压力、焊接振幅、焊接时间等参数与接触区温度的响应面模型,得出焊头齿深、焊接时间是影响工件温度的主要因素.考虑工件的临界温度,获得铝/铜连接的最优参数,焊头形貌为面积33.65mm2,齿深0.31mm；采用中等焊接压力、大焊接振幅、短焊接时间能够得到高质量连接接头,最优参数为1.52kN,24.4m,0.067s. 介绍了铝合金、镁合金的国内外超声波焊接的最新研究现状,分析了各种工艺方案的特点与效果.以往的研究结果表明:焊前用乙醇润湿铝合金表面可提高其超声波焊接性,而对于镁合金则通过卤化处理可以有效地提高其超声波焊接接头强度,采用一定的钎料对铝合金、镁合金进行超声波钎焊能较好提高其接头力学性能.并指出了超声波钎焊将成为今后铝合金、镁合金等轻金属超声波焊接的发展方向. 现代汽车工业需要生产出更安全和更可靠的产品来满足政府和消费者的需求,为了提高燃油经济性并减少尾气排放,轻量化车身是一个很好的解决方案.所以越来越多的轻质材料如铝合金、镁合金,尤其是尼龙及尼龙复合材料被使用在车身上来减轻汽车的重量.碳纤维增强尼龙复合材粒是一种高性能的新型材料,它具有优异的力学性能,强度高,比重小,可广泛用于汽车工业,航空航天等新兴领域.在汽车生产中获得一种高效可靠的连接方法用于尼龙复合材料十分必要.超声波焊接是一种有效的热塑性塑料的连接手段,焊接具有速度快、效率高、能耗低,操作方便,宜于实现自动化等优点,在汽车、电子等领域得到了广泛应用.因此,对于碳纤维增强尼龙复合材料,超声波焊接是可能是一种有效的连接方法.本工作首先研究超声波的焊接参数如时间,压力等对碳纤维增强尼龙66复合材料焊接强度的影响,发现在0.15MPa下,2.1s时可是达到最佳的焊接强度.其次对焊接接头的微观结构,焊接过程进行系通研究.焊接接头的结构可以分为基体区,热影响区,熔合区.熔合区的厚度增加会使焊接的强度提高,当焊接能量过多时,焊接接头的上表面塌陷,多孔区的厚度增加,都会造成焊接接头的强度下降.为了得到适合的焊接质量控制方法,以焊核的尺寸来评估焊接质量的好坏,在合适的焊接参数下,焊核面积要达到380mm2才能够使焊接强度满足要求,达到5.2k N以上.在尼龙66中加入短碳纤维能够使复合材料的拉伸强度,拉伸模量都有较大提高,改善尼龙66的性能.通过DMA分析,发现随着碳纤维含量的增加,复合材料储能模量和损耗模量增加.储能模量高可以使更多的振动能量被传递到焊接面,损耗模量高在焊接过程中可以使材料将更多的振动能耗散为热能.碳纤维质量分数为30 mass%复合材料,在两板的焊接界面吸收更多的能量,熔合区的厚度较大,熔合区的碳纤维含量也较多,焊接接头具有较高的焊接强度.碳纤维质量分数为30 mass%复合材料焊接结头多为焊接面剥离失效,40 mass%复材料焊接接头的失效形式为板材断裂,而尼龙66焊接接头为混合失效.因此,碳纤维质量分数为30 mass%的尼龙66复合材料具有最佳的超声波焊接性能. 超声波塑料焊接是一种经济、高效、环保的热塑性塑料连接新工艺,有极大的推广应用前景.对超声波塑料焊接已有的研究大都只是集中在提高焊接强度方面,超声波塑料焊接的焊接基础理论和工艺规范还比较欠缺,对焊接精度和超声波塑料精密焊接的研究基本上还是空白,制约了超声波塑料焊接技术的发展. 进行了1 mm厚铝/铜异种金属超声波焊接试验研究,分析了不同焊接能量输入对接头形貌、接合区塑性变形、原子扩散的影响.结果表明,工件在高频振动作用下,连接界面间会发生漩涡状塑性变形,形成局部机械自锁,有助于实现超声波接头的有效连接.焊接能量较小时,结合区域塑性变形量小,局部区域无法形成连接,焊接能量过大时,接合区域会出现空穴.SEM和EDS分析表明,能量过高时(2 000 J),接触界面区域会形成薄金属间化合物层,其主要成分为Al4Cu9. 采用数值仿真和试验研究了超声波塑料焊接过程中不同特征温度段的产热机理.利用有限元法(FEM)对聚*丙烯酸甲酯(PMMA)材料超声波焊接过程中的粘弹性热以及摩擦热进行了计算.基于计算结果,提出了摩擦热是焊接过程的启动热源,粘弹热是焊接过程主要热源的观点.制备了相应的试件并搭建测温系统对焊接过程进行测温试验,试验结果验证了仿真结果的正确性.对焊接过程中的产热机理给出了更清晰的解释,有助于超声波塑料焊接技术进一步在精密焊接领域的应用. 制造业是国家经济发展的支柱产业之一,市场对快速设计、开发和制造新产品要求越来越高,快速成型技术作为制造领域中的一个新工艺,为企业适应市场环境提供了新方法,而其中的分层实体制造技术因其成本低廉、成型精度高、效率高等特点而备受关注.目前,分层实体制造多以纸、陶瓷箔或金属箔为造型材料,本文结合国内外研究状况,根据现有分层实体制造的工艺特性,提出基于超声波焊接的PE(聚乙烯)木粉复合材料分层实体制造技术.利用激光将造型材料按照模型需求切割成指定形状,然后再进行超声波焊接.对比木塑复合材料常用切割和连接方式,提出了激光切割技术结合超声波焊接PE/木粉复合材料的快速成型方法,研究激光切割和超声波焊接过程中的质量影响因素,确定切割和焊接影响因素测定方案.利用正交试验法确定激光切割PE/木粉复合材料主要影响因素的最佳参数组合,通过超声波多组焊接PE/木粉薄片的试验,结合材料焊接效果确定焊接最佳参数,并利用该参数进行分层累加焊接成型.利用简化后的模型分析了成形件的层间应力和翘曲变形情况；通过对比试验测试了成形件的热湿性能,得出其强度变化曲线.测试结果证明了超声波焊接PE/木粉复合材料分层实体制造的可行性,且成形件具有良好的性能.结合弹塑性理论,利用ANSYS有限元软件建立模型,确定边界条件,分析超声波焊接PE/木粉复合材料的过程,模拟了材料层间受力情况,得到超声波焊接过程中声极和零件的应力分布情况,以及焊接层间受力的位移和应力变化,为后续研究奠定基础.这种新型的分层实体制造成型方法,所用材料安全环保、成本低,焊接快速方便、不产生焊渣、污水、有害气体等废物污染,是一种节能环保又高效的方法.论文的研究结果说明了超声波焊接PE/木粉复合材料分层实体制造工艺的可行性,具有一定的探究和实用价值. 胶粘铝蜂窝因其重量轻、密度小、强度高、刚度大、性能稳定及抗撕裂性好等特性,在交通运输行业、家用电器、灯饰行业、家具行业、音响行业、装饰材料、建筑等工业领域得到广泛的应用.然而,其胶粘处节点热强度低、力学性能不足、铝蜂窝格子不规整性、使用寿命短及工作环境等问题都受胶粘剂本身特性影响,在许多领域显现出来,限制其应用的范围.因此提出了超声波焊接铝蜂窝芯的制备方法,以便用来改进其现有的不足.通过超声波焊接铝蜂窝芯的新工艺方法,焊接接头能形成金属分子间熔融结晶,其节点热强度、力学性能远高于胶粘蜂窝芯. 本文采用铝合金箔材作为原材料,利用金属塑性精确成形法制作波纹铝箔,运用超声波金属焊接技术制备铝蜂窝芯,对波纹铝箔的成形方法及超声波焊接铝蜂窝技术进行研究,主要的研究内容及结果如下： (1)波纹铝箔成形方法研究,主要研究波纹铝箔成形的工艺流程,用数据仿真及多项式曲线拟合函数得到分度圆半径与齿顶角之间函数关系,并进一步推导得到回弹角的计算公式.结合金属塑性成形有限元分析软件对其波纹铝箔成形过程进行数值模拟,确定其齿形主要参数,并进行成形模具的结构设计. (2)用滚压弯曲成形法制备波纹铝箔,依据研究得到波纹铝箔成形方法作为指导,设计制造波纹铝箔成形装置.做波纹铝箔成形滚压弯曲实验,测量其波纹铝箔的尺寸几何数据,并与波纹铝箔理论设计值进行比较与分析.通过对测量得到数据进行分组与数据处理,总结归纳出可能影响波纹铝箔成形质量的各种因素. (3)通过超声波手动焊接铝蜂窝芯的初步试验,研究超声波焊接铝蜂窝芯的原理,对其初步试验得到铝蜂窝芯进行数据测量与数据分析,并与铝蜂窝理论设计值进行比较与分析,总结各种影响超声波焊接铝蜂窝芯质量原因. (4)超声波自动焊接铝蜂窝