【摘要】：近年來,隨著微電子、醫(yī)療器械、電池等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,與之相關(guān)的具有輕、薄、短、小特征的微型材料的連接在微器件制造中的需求日益增加。激光高速沖擊焊接工藝在尺度微小、熔點相差較大的異種金屬箔板的連接上有顯著的優(yōu)勢,因此具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。本文從實驗和數(shù)值模擬兩個方面研究了激光高速沖擊焊接異種金屬箔板結(jié)合界面微觀結(jié)構(gòu)及其形成的機理、復(fù)板和基板的結(jié)合機理,揭示了高速沖擊焊接過程中復(fù)板和基板的動態(tài)響應(yīng)。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下:首先,開展了激光高速沖擊焊接Al/Cu實驗研究。利用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線能譜儀(EDS)觀測和分析了結(jié)合界面的微觀結(jié)構(gòu),觀測結(jié)果顯示:激光能量對Al/Cu結(jié)合界面的形貌有顯著的影響,其中微波狀的結(jié)合界面是一種較為理想的結(jié)合界面,且界面波的波長和振幅沿著焊接的方向呈先增大后減小的趨勢。當(dāng)激光能量在1200m J以下時,結(jié)合界面處未形成明顯的熱影響區(qū);當(dāng)激光能量達到1550mJ時,結(jié)合界面處形成局部的熔化層和熔化塊。EDS分析顯示結(jié)合界面處Al元素和Cu元素之間發(fā)生了微弱的相互擴散。其次,探究了一種新的激光高速沖擊焊接方法,開展了激光高速沖擊焊接Ti/Cu實驗研究。利用SEM和EDS觀測和分析了結(jié)合界面的微觀結(jié)構(gòu),觀測結(jié)果顯示:Ti/Cu結(jié)合界面為典型的微波狀結(jié)合界面,而且結(jié)合界面處不存在熱影響區(qū)和金屬間化合物等缺陷。同時,當(dāng)復(fù)板的預(yù)成形深度一定時,界面波的波長和振幅隨著激光能量的增加而增大。EDS分析顯示在Ti/Cu結(jié)合界面處Ti元素和Cu元素之間未發(fā)生明顯的相互擴散,且和晶體結(jié)構(gòu)相同的Al/Cu組合相比較,晶體結(jié)構(gòu)不同的Ti/Cu組合更難以發(fā)生擴散。采用電子萬能試驗機對焊接試樣進行了拉伸剪切測試和剝離測試,結(jié)果顯示:拉伸剪切失效形式和剝離失效形式為結(jié)合界面斷裂失效和焊點邊緣復(fù)板斷裂失效。此外,金相分析顯示結(jié)合界面處發(fā)生了顯著的晶粒細化,進而引起了結(jié)合界面處的納米硬度顯著升高。最后,采用光滑粒子流體動力學(xué)(SPH)方法對激光高速沖擊焊接異種金屬箔板進行了數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn):SPH方法再現(xiàn)了激光高速沖擊焊接過程、碰撞點處沖擊射流現(xiàn)象、復(fù)板回彈及基板層裂行為。射流主要來源于復(fù)板表面一層薄薄的金屬,且射流的形成是復(fù)板和基板發(fā)生固態(tài)焊接的一個重要條件。此外,沖擊速度和材料的屬性對結(jié)合界面的形貌有顯著的影響。結(jié)合界面波是由復(fù)板周期性地侵徹基板形成的。焊點中心復(fù)板的回彈使得在靠近焊點中心位置的結(jié)合界面發(fā)生開裂。在復(fù)板的高速沖擊下,基板發(fā)生了層裂。本文的研究為激光高速沖擊焊接的工程應(yīng)用提供了理論和試驗指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG456.7

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本文編號：2526247