超声波焊接论文范文参考关于超声波焊接的优秀论文范文【10篇】

超声波焊接论文范文参考关于超声波焊接的优秀论文范文【10篇】 出于产品成本和重量的考虑,以及为了获得优异的导电导热性能,将Cu/Al异质金属连接成复合结构以结合两者的优势正不断成为研究的热点.钎焊是一种常用的Cu/Al异质金属连接方法,但是通过传统的钎焊工艺连接Cu/Al异质金属时通常需要使用腐蚀性钎剂,而且很难对接头的显微结构进行控制,获得的接头可靠性较差.为此,本文通过超声波辅助液相钎焊方法并选用Zn-Al钎料对Cu/Al同质和异质金属进行了无钎剂钎焊连接,重点研究了声场作用下钎焊接头的界面润湿行为和冶金反应行为,并分析了不同显微结构对接头性能的影响.本课题的研究结果对制备高性能Cu/Al异质金属钎焊接头,以及正确理解声场作用下钎焊接头的冶金反应行为有着重要的意义. 本文设计了一种固定间隙超声波辅助液相钎焊方法,通过该方法能制取大熔合面、高焊合率的Cu/Al无钎剂钎焊接头,并能利用超声波对接头的显微结构进行控制.基于该钎焊方法,本文研究了采用Zn-14Al过共晶钎料钎焊Al/Al同质金属时,钎焊温度对接头的界面润湿行为、显微结构及性能的影响.结果表明,在钎料的半固态状态钎焊时,Al母材表面的氧化膜主要靠半固态钎料与母材间的相互摩擦来破碎,接头的焊合率和剪切强度较差；当在钎料的液相线温度点处钎焊时,超声波在液相中形成的空化效应促进了液相钎料在母材表面的润湿并细化了钎缝层中的-Al相,接头获得了很高的焊合率和剪切强度. 研究了Cu/Zn-3Al/Cu同质金属钎焊时,钎料合金成分对接头的界面润湿行为和冶金反应行为的影响.结果表明,采用Zn-3Al钎料时,接头的Cu界面处形成了较厚的CuZn5和Cu5Zn8金属间化合物层,接头在超声空化效应和Cu-Zn冶金反应的共同作用下只需很短的超声钎焊时间便能获得良好的冶金结合.采用Zn-14Al钎料时,接头Cu界面处的Cu5Zn8金属间化合物层转变成了Cu基扩散层,接头需较长的超声钎焊时间才能获得充分的冶金结合,钎料合金在母材表面的润湿主要依靠超声波引起的空化效应.测得的Cu/Zn-3Al/Cu和Cu/Zn-14Al/Cu钎焊接头的剪切强度值分别为37.9MPa和92.1MPa. 研究了凝固超声处理对Al/Zn-3Al/Cu钎焊接头显微结构和物理性能的影响.结果表明,通过在420超声钎焊并在接头凝固过程中继续实施超声振动,有利于细化钎缝层中的先共晶-Al相和Zn-Al共晶组织,并能在接头中形成一种等轴花瓣状的CuZn5/Al复合结构.花瓣状的CuZn5晶体在不同晶向上呈现出较好的各向同性,其形成与超声波对母材溶蚀和晶粒细化的共同促进作用有关.与未经凝固超声处理的Cu/Al钎焊接头相比,经过凝固超声处理的Cu/Al钎焊接头其钎缝层的硬度值提高了26.2%,热膨胀系数值降低了38.0%. 聚醚醚酮(PEEK)具有高强度、高模量、耐冲击、耐高温、耐辐射以及尺寸稳定性好等一系列优点,在宇航、电子、信息、能源等高技术领域具有非常广阔的应用前景.聚醚醚酮作为热塑性材料还具有可焊接的特点,因此可以不采用机械连接和粘接等连接工艺,从而避免因应力集中、密封性降低、耐腐蚀性下降导致的接头使用性能变差的问题.目前,在各种塑料焊接方法中,超声波焊接方法具有成本低、自动化程度高、效率高、适用范围广等优点,因此其能否成功的应用于PEEK,对PEEK构件制造水平的提高具有非常重要的意义.超声波焊接PEEK存在的主要问题是接头强度偏低,这是由PEEK的高熔融温度和高结晶度导致的.因此,本文针对PEEK的这两个特性,围绕超声波焊接界面的产热-形变过程和焊接界面的成型过程展开研究. 根据聚合物材料在循环振动载荷下的生热理论,建立了热力耦合的超声波焊接过程有限元模型.采用此模型对焊接振幅、焊接压力、导能筋的形状和尺寸等因素对超声波焊接过程的影响进行了研究.结果表明,焊接界面上的温度在焊接初期会以非常快的速度升高到一定值,之后便会保持在此定值附近.其内在原因是由于导能筋的变形,使焊接界面上的产热功率不断降低以及导热面积不断增加.焊接界面能够达到温度随着焊接振幅的增加而提高.因此在焊接PEEK时,只有焊接振幅超过一定值时,才能顺利完成焊接过程.焊接压力、导能筋的形状、导能筋的尺寸是通过影响导能筋的变形来影响导能筋焊接界面上的温度和温度分布的.焊接压力具有促进导能筋变形的作用,因此增大焊接压力会导致焊接界面温度的降低,以及下焊件表面温度的降低.矩形导能筋由于发生墩粗状的变形,使得导能筋同上下焊件接触面的边缘同时成为焊接界面上的最高温度区.半圆形导能筋由于产生滚动式变形,因此在焊接界面没有达到较高温度的条件下,导能筋同下焊件之间的接触面积也会有较大的增加,使得下焊件表面的温度始终处于非常低的状态.采用三角导能筋,在合适的工艺参数下,最高温度区同时分布在导能筋的尖端和下焊件表面,有利于有序熔化铺展过程的进行.对于三角形导能筋,顶角角度对焊接界面所能达到的温度未见显著影响.但是,30,顶角角度的导能筋由于刚度较小,仅在焊接压力的作用下导能筋就会发生较大的尖端膨胀变形,使得最高温度区远离焊接界面,而且容易发生尖端断裂现象.60,和90,顶角导能筋最高温度区同时包括焊接界面上导能筋尖端和下焊件表面,有利于熔融连接.120,顶角导能筋焊接时,导能筋的变形最小,但是与其接触的下焊件表面的高温区面积较小. 通过控制导能筋下塌量,获得一系列导能筋铺展过程的中间结果方法,对导能筋的熔化铺展过程进行了研究.结果表明,PEEK的焊接界面上产生的大量密集孔洞缺陷是其超声波焊接接头性能下降的主要原因.焊接界面上的孔洞缺陷的尺寸和数量同焊接振幅成正比,同焊接压力成反比.增大导能筋的尺寸,导能筋向下板插入的深度增加,一定程度上减轻了熔融树脂从焊接界面上的飞溅,但是由于形成大尺寸孔洞缺陷,接头强度下降.增大三角形导能筋的顶角角度,也有利于减轻焊接界面上熔融树脂的损失,但是由于形成了连接面积小,接头强度降低. 与Fe36Ni合金等传统封装合金相比,高体积分数颗粒增强铝基复合材料,具有低密度,低热导率以及一定范围可调的热膨胀系数等性能优点,正向电子封装领域广泛推展.但由于其表面致密的氧化膜以及大量的陶瓷颗粒,对连接性能造成极大的阻碍,限制了这种复合材料的应用范围.实现Fe36Ni合金与铝基复合材料的连接,不仅能够实现构件的减重,还能提高其导热性能,提高构件的可靠性以及延长寿命等,因此研究Fe36Ni合金和高体积分数颗粒增强铝基复合材料的焊接具有重要的理论意义和潜在的应用价值.本文以Fe36Ni合金和55%SiC_p/A356复合材料为研究对象,以两种材料的中低温连接为研究目标,提出了采用ZnAl和SnZn两种钎料对两种材料的超声波钎焊工艺. 由于Fe36Ni的良好波传导性,对超声波钎焊工艺的制定有非常大影响.首先对在Fe36Ni合金的超声波传播特性进行了研究,获得Fe36Ni合金板振动场分布,探索合适的钎料放置位置以及超声加载方式.接着研究了ZnAl钎料与Fe36Ni合金的界面反应和组织结构,通过在钎料中增加Si元素,获得了界面结合良好,钎缝无裂纹的接头.其次研究了SnZn与Fe36Ni的界面反应和力学性能,并对固态时效下界面组织的变化进行了系统研究,获得理想的界面结构.然后研究了SnZn与55%SiC_p/A356复合材料的超声波钎焊工艺,通过对Zn含量对接头组织和性能研究,得到界面结合良好高强度的焊缝.最后研究了采用ZnAl和SnZn两种钎料对Fe36Ni合金与55%SiC_p/A356复合材料的超声波钎焊工艺. 利用Ansys软件对Fe36Ni合金板进行模态、谐响应以及瞬态分析,研究Fe36Ni合金板的振动场分布.振幅最大值位于在距离右端（非超声加载区域）10-20mm的范围内,此处比较适合放置钎料.单次施加超声0.1s时钎料的飞溅比单次1s时小很多,因此单次超声0.1s是比较合适的工艺.也就是短时间多次超声的脉冲加载超声波方式比较适合Fe36Ni的超声波焊接. 采用ZnAl钎料超声波钎焊Fe36Ni合金时,界面化学反应比较剧烈,焊缝中生成较多致密的化合物,且存在大量垂直于界面的裂纹.经能谱分析和逐层XRD分析可得, ZnAl/Fe36Ni的界面结构为： Fe36Ni/-Fe_4Zn_9/2-Fe_6Ni_5Zn_(89)/Fe-Al+Zn.ZnAlSi钎料超声波钎焊Fe36Ni合金时,在界面处形成约0.1m的Fe_4Zn_9(SiO_4)_3化合物层.此化合物层表现为稳定性,在焊接温度420-500,超声作用2-15s,保温10-60min时形貌和厚度几乎不随工艺参数的变化而变化.其接头压剪强度可达102-115MPa,断裂位置主要位于这一薄层物相中.最后提出了Si元素抑制裂纹产生机理的模型. 采用SnZn钎料超声波钎焊Fe36Ni合金时,使用Sn20Zn时界面化合物主要为Zn基的化合物,其界面稳定结构为Fe36Ni/-Fe_4Zn_9/FeSn_2/2-Fe_6Ni_5Zn_(89)/Sn20Zn.延长保温时间和提高焊接温度时,界面会出现富Ni 2向富Fe 2的转变.使用Sn20Zn钎料连接Fe36Ni合金时,其接头的剪切强度可以达到45-55MPa,断裂位置均为于界面化合物层与Sn20Zn钎料的界面上.对Sn20Zn/Fe36Ni的界面进行固态时效研究,Sn20Zn/Fe36Ni的固态时效界面反应层结构稳定,生长速率受扩散机制控制,经计算其界面反应层的生长激活能为6.371kJ/mol. 综合Fe36Ni合金和55%SiC_p/A356复合材料超声波钎焊工艺,研究了上下板母材位置,超声加载方式对接头组织和性能的影响.Fe36Ni合金放置在下板时,能够同时实现对两种母材的异种连接,其最高接头强度可达到114MPa,断裂位置位于Fe36Ni合金侧界面中.使用SnZn钎料钎焊时,其接头剪切强度不随工艺参数变化,稳定在75MPa左右；其SnZn/Fe36Ni界面反应生成Fe_4Zn_9(SiO_4)_3.随着Zn含量的增加,SiC颗粒迁移进入焊缝,其接头强度保持稳定,断裂位置也位近Fe36Ni合金侧界面钎料中. 聚合物材料以其种类繁多、价格低廉、易加工等优点,愈加广泛地应用于生化MEMS器件的制造,聚合物MEMS器件的封装成为生化MEMS制造中的关键技术.目前应用于聚合物微装配的联接方法主要有胶粘接、热键合、溶剂键合、激光键合等,以上方法均在某些方面存在着各自的局限性.超声波联接技术具有高效率、局部加热、无需引入其它物质等优点,近年来在MEMS领域的应用展示出较大的潜力,但目前应用于MEMS领域的超声波联接技术基本沿袭了应用于大尺寸零件的超声波塑料焊接技术,在能量精确控制及界面熔接质量优化方面尚无深入研究,因此本文针对微流控器件的精密封装,以精确控制聚合物界面熔接质量为目标,在聚合物界面熔合机理、超声波精密联接方法及界面熔接质量优化等方面对超声波联接技术展开研究. 首先从微观角度分析了聚合物界面的熔接机理,应用分子动力学方法模拟了聚合物界面间高分子链的扩散及相互缠绕行为,研究了压强和温度因素对以上过程的影响,在模拟中通过计算模型的体系形变、扩散系数、界面间的扩散深度和界面结合能等参量,分析了聚合物联接过程中高分子链的运动趋势,进而研究了压强和温度两个因素对器件形变、熔接层尺寸、熔接强度等特征的影响,对后续超声波精密联接方法的研究奠定了理论基础. 针对微流控器件的封接研制了超声波精密联接装置,选择高频率、低振幅超声换能器,以降低超声波能量下微器件的结构形变及对局部低强度结构的破坏性.基于以上装置,提出了基于聚合物力学状态反馈的超声波精密联接方法,其原理在于以界面聚合物力学状态的变化监测聚合物材料的玻璃化转变行为,并作为控制超声波能量的信号.在聚合物力学状态检测方面分别设计了基于压力传递效率检测和基于超声传播效率检测两种方法,在基于压力传递效率检测方法基础上扩展设计了基于压力自适应的超声波精密联接方法,在实验中验证了基于上述方法可以实现界面熔接质量较为精确的控制. 为进一步提高熔接质量,结合大尺寸零件超声波塑料焊接技术中的导能筋结构,提出了针对超声波精密联接的微导能阵列,通过在待联接表面制作微米级尺寸的导能结构阵列来减小界面接触面积,将超声波能量集中引导于导能点阵结构,并为粘性聚合物的流延提供空间,起到优化界面熔接质量的作用.采用热压成形工艺及硅模具在基片表面制作微导能阵列,并通过实验分析了结构尺寸和分布尺寸对界面熔接质量的影响,实验结果表明制作合适配合尺寸的微导能阵列可以提高超声波能量利用效率及界面熔接质量的可控性. 设计了压电驱动式微泵,应用紫外光刻工艺制作了SU-8微止回阀,应用超声波精密联接技术进行了泵体的组装,并将阀片密封其中,在封装过程中保证了易碎阀片的结构不受损坏,在实验中测试了微泵液体泵送流量对应驱动频率和电压的关系. 伴随城市轨道交通的快速发展,作为主流车型之一的不锈钢城轨客车,其制造业亦得到了迅猛发展.为实现轻量化等设计目标,不锈钢城轨客车车体制造主要采用电阻点焊焊接技术.电阻点焊过程加热强度大、时间短,易产生飞溅、虚焊、脱焊等焊接缺陷,影响焊接质量的稳定性,进而影响不锈钢车体的制造质量.同时,点焊接头熔核的形成过程处于封闭状态不能直接观测,给点焊质量控制造成了很大困难.因此,点焊质量控制及评估技术的研究一直是被重点关注的领域,随着轨道车辆高速化及对制造质量要求的不断提高愈显其重要的意义. 国内外常用的电阻点焊接头质量评估方法主要有两种：第一种方法是基于焊接过程参数的在线评估,主要是通过建立电阻点焊焊接电流、电极间电压、电极压力、动态电阻、电极位移等特征信息与接头质量关系的数学模型来预测焊点质量.然而,由于电阻点焊是一个非线性、多变量耦合作用且大量不确定因素相互影响的复杂过程,上述方法只能提供部分可靠的质量信息,并不能完全准确地对点焊质量进行评估.并且由于设定的试验条件苛刻或所建立的数学模型过于理想化,该方法的研究仍处于实验室阶段,无法应用于实际焊接生产；第二种方法是焊后破坏性检测,该方法需要对焊点进行剥离、扭转等破坏,获得熔核直径和接头强度的大致信息,再参照相关标准对点焊试件质量进行评估.目前企业在点焊工艺规范调试、点焊生产过程的自检和抽检中,多采取该方法.但该方法效率低,同时也造成了材料的浪费,增加了人力及生产成本,不适合作为电阻点焊接头质量的在线检测手段.近年来,许多学者开始研究电阻点焊质量的无损检测技术.相比于其他无损检测方法,超声波检测具有灵敏度高、检测范围广、检测速度快、安全性能好、易于实现现场操作等优点,备受各国学者关注. 目前,电阻点焊质量超声波检测技术仍存在亟需解决的问题：如何区分熔核和塑性环,获得准确的熔核直径尺寸,提高检测精度；如何快速地对点焊质量进行评估,提高检测效率；如何实现点焊缺陷的智能化检测等,这些都大大地限制了该技术在实际工业生产中的应用.为了满足人们对车体安全、高质量的需求,推动电阻点焊超声波无损检测技术的发展,本文针对不锈钢电阻点焊质量超声波定量及智能化无损检测技术进行了研究,具有重要的理论和工程应用意义. 本文成功研发了便携式专用电阻点焊全自动超声波检测系统,该系统不但操作简单、便携可靠,而且实现了对电阻点焊接头的接触式自动超声扫描检测及检测信号自动分析、C扫描图像自动生成等功能,为点焊质量超声波定量及智能化检测提供了可靠的数据. 本文通过研究超声波在介质中的传播特性,构建了超声波在介质中传播反射系数模型,揭示了在一定的间隙厚度范围内,声压反射系数表现出依赖频率的变化特性,为检测点焊缺陷提供了思路,特别是为区分焊合与弱结合奠定了理论依据.分别在时域、频域和时频域上对点焊接头超声A回波信号进行了深入地分析,研究发现：超声回波信号特征值与点焊接头内部熔合状态存在一定的对应关系.通过提取能够表征熔核区域的特征信号,利用小波包变换分离出超声回波高频信号,并根据其频谱特性,可以对点焊熔核和塑性环进行区分,获得更加精确的熔核直径尺寸. 本文选择了1000