【摘要】：超聲波輔助釬焊可以在非真空環(huán)境下不使用釬劑實(shí)現(xiàn)對難潤濕材料的良好焊接。引入超聲波可以在液態(tài)釬料中產(chǎn)生空化效應(yīng),去除母材表面的氧化膜,實(shí)現(xiàn)待焊母材間良好的潤濕結(jié)合。同時(shí),超聲波的引入的提升了釬料的填縫速率,從而提高焊接效率。液態(tài)釬料的填縫作為超聲波輔助釬焊過程中重要的環(huán)節(jié),其效果好壞將對焊接接頭質(zhì)量產(chǎn)生決定性的影響。目前關(guān)于它聲致填縫的研究主要是通過改變焊接工藝參數(shù),觀察釬料凝固后的形貌,而對該過程中伴隨的現(xiàn)象并沒有很好的揭示。本文通過數(shù)值模擬手段研究液態(tài)釬料填縫過程的動(dòng)態(tài)行為,結(jié)合流體力學(xué)知識,探討填縫過程的驅(qū)動(dòng)力,嘗試解釋填縫過程驅(qū)動(dòng)力力的本質(zhì),并分析試驗(yàn)工藝參數(shù)對填縫過程的影響規(guī)律。通過對液態(tài)釬料填縫過程的動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)液態(tài)釬料在一個(gè)超聲周期內(nèi)便有著向前填縫與向后回縮的交替變化,一個(gè)周期內(nèi)總的行為為向前的填縫,隨著超聲的持續(xù)作用,多個(gè)超聲周期的累積,表現(xiàn)為宏觀上不斷的向前填縫。對釬料內(nèi)部的聲壓值及速度矢量值進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),二者均呈周期性的類正弦的變化。結(jié)合填縫過程的動(dòng)態(tài)行為及流體力學(xué)知識,推導(dǎo)出了液態(tài)釬料填縫過程的驅(qū)動(dòng)力,且由該驅(qū)動(dòng)力公式可知促使液態(tài)釬料的填縫主要是受到局部區(qū)域的平均超聲附加壓力梯度差的作用。取填縫方向?yàn)檎?當(dāng)平均超聲附加壓力梯度差為正向且達(dá)到一定數(shù)值,填縫過程方能發(fā)生,初始時(shí)刻平均超聲壓力梯度差越大,預(yù)示著填縫的速度將會越快。本文研究了水平及豎直兩種狀態(tài)下液體介質(zhì)填縫的動(dòng)態(tài)行為,并研究了填縫過程的幾個(gè)主要影響因素對填縫過程的影響。研究發(fā)現(xiàn)超聲頻率減小到5kHz、振幅減小到2μm、間隙尺寸減小到0.1mm時(shí),填縫過程均不能發(fā)生,這是由于平均超聲壓力梯度差沒有達(dá)到驅(qū)動(dòng)液態(tài)釬料填縫所需數(shù)值。當(dāng)超聲頻率越大、超聲振幅越大、合適的間隙尺寸范圍內(nèi)間隙越小時(shí),初始時(shí)刻的平均超聲壓力梯度將越大,液態(tài)釬料能越快地填縫。最后對超聲作用下液態(tài)釬料填縫過程的數(shù)值模擬結(jié)果的正確性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
【圖文】：

圖 1-1 傳統(tǒng)釬焊與超聲釬焊的對比[5]料的填縫為超聲波釬焊一個(gè)很重要性能。目前已有部分科研工作者對聲波可驅(qū)動(dòng)液態(tài)介質(zhì)毛細(xì)填縫的原因的主要觀點(diǎn)有如下四種：由于超聲化作用[7]；超聲波傳播時(shí)的非線性拉液面前沿不斷的霧化帶動(dòng)流體向前流

2 超聲波輔助釬焊工藝研究現(xiàn)狀在超聲波釬焊中，待焊母材表面的氧化膜主要通過液態(tài)釬料中產(chǎn)生的空加以去除。因此超聲波釬焊可在大氣環(huán)境、不使用釬劑的條件下實(shí)現(xiàn)鋁合金[合金[11]、鈦合金以及各種難潤濕材料[12]-[14]（如玻璃及陶瓷等）的焊接。相統(tǒng)釬焊，超聲波釬焊直到二十世紀(jì)五十年代才被人們所認(rèn)識，，七十年代才至工業(yè)中[15]。經(jīng)過一定時(shí)間的發(fā)展，超聲波釬焊發(fā)生了較大的變化，本節(jié)要對現(xiàn)有的超聲波釬焊技術(shù)極其主要特點(diǎn)進(jìn)行簡要闡述。.2.1 釬料激勵(lì)超聲釬焊在超聲波釬焊產(chǎn)生的初期，人們普遍認(rèn)為其無法形成毛細(xì)填縫過程。因期的超聲波釬焊過程一般將待焊區(qū)域完全浸入至液態(tài)釬料中。超聲波振動(dòng)頭傳入釬料池內(nèi)，在相應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生空化效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)待焊區(qū)域的去膜和19]。Denslow 等人[5]將超聲頭放置在釬料池的右側(cè)，使其在特定區(qū)域產(chǎn)生空，成功實(shí)現(xiàn)了銅鋁導(dǎo)線的焊接，其實(shí)驗(yàn)過程如圖 1-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG425

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本文編號：2542425