純銅由于其出色的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能以及較高的強度和良好的延展性,在許多行業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用。為了在實現(xiàn)連接的情況下保持其良好的功能性,常溫下的固相焊接成為這類材料連接中的重要選項,將具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以T2多晶純銅材料為研究對象,采用對接冷壓焊對其進(jìn)行連接,并利用其各向同性特性,結(jié)合宏觀微觀分析、有限元模擬揭示連接過程中界面處的材料塑性流動行為和變形模式,建立簡單的基于應(yīng)變的金屬連接準(zhǔn)則,再通過微觀組織演變分析,獲得了該材料實現(xiàn)冷壓連接的物理條件。這些分析將促進(jìn)多晶純銅冷壓連接技術(shù)的應(yīng)用和功能材料連接理論的發(fā)展。所得到的主要結(jié)果如下:進(jìn)行對接冷壓焊時,當(dāng)待焊銅棒伸出長度超過一定值（l≥8 mm）時,純銅在飛邊位置開始發(fā)生連接,而在中心位置處未發(fā)生連接。這是因為由于模具影響使得中心位置的金屬塑性流動受到約束,而飛邊位置金屬流動更加劇烈而形成的。采用Ansys workbench軟件進(jìn)行有限元數(shù)值模擬,通過對比有效塑性應(yīng)變分布與連接處的光學(xué)顯微結(jié)構(gòu),進(jìn)行了冷壓焊條件的判斷,認(rèn)為當(dāng)接觸界面有效塑性應(yīng)變達(dá)到約2.6時純銅能夠發(fā)生有效連接。為了驗證此連接準(zhǔn)則,減小純銅試件直徑進(jìn)行數(shù)值模... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

棒材的對接冷壓焊示意圖

多晶純銅冷壓焊連接條件與連接機理分析21.2冷壓焊簡介1.2.1冷壓焊方法從狹義上來講，冷壓焊接方法包括對接冷壓焊和搭接冷壓焊，從廣義上來講，擠壓、冷軋都屬于冷壓焊接范疇，這些焊接方法均是通過某種形式向待結(jié)合界面提供壓力，使待焊金屬產(chǎn)生明顯塑性變形實現(xiàn)固相焊接[2]。1.2.2對接冷壓焊對接冷壓焊過程如圖所示，一般將工件固定在固定模座內(nèi)，預(yù)留一定長度的工件伸出模座，左右兩端夾緊鉗口，在外側(cè)工件上施加大小為P的頂鍛壓力，為了保證足夠大小的變形量，P需足夠大，使內(nèi)側(cè)相接觸工件的伸出部分發(fā)生一定的徑向塑性變形。焊接前需將工件待焊合面進(jìn)行表面處理，焊接過程中將待焊合面的氧化膜等雜質(zhì)擠出，從而形成連接接頭。圖1.1棒材的對接冷壓焊示意圖Fig1.1Diagrammaticsketchofbuttcoldpressureweldingofbars在可靠的工藝條件下，對接冷壓焊所獲得的焊接接頭的機械性能可優(yōu)于母材的。接頭性能取決于材料本身性質(zhì)、頂鍛次數(shù)、變形量、表面處理工藝等。對接冷壓焊一般應(yīng)用于棒材的焊接。1.2.3搭接冷壓焊搭接冷壓焊原理如圖1.2所示：將待焊件表面進(jìn)行刮刷等表面處理去除氧化膜等雜質(zhì)，之后施加大小為P的壓力，使得焊件在塑性變形作用下將新鮮金屬擠出，從而發(fā)生連接的工藝方法。搭接冷壓焊一般應(yīng)用于板材的焊接。圖1.2板材搭接冷壓焊示意圖

6]年以鋁銅異種金屬為研究對象進(jìn)行對接鐓粗冷壓焊的研究和于1989[7]年以金屬純鋁為研究對象進(jìn)行冷壓焊研究后，進(jìn)一步證實了冷壓焊的結(jié)合機理中的薄膜理論。薄膜理論：冷壓焊前對待焊金屬進(jìn)行表面處理，去除氧化膜、油脂、水汽等表面污染物以后施加壓力進(jìn)行焊接[5]。通常我們采用丙酮除去表面油脂、刮刷處理去除表面氧化膜；但是該處理在去除污染物、氧化膜的同時會在表面引入加工硬化層。許多金屬在空氣中極易氧化，盡管我們采用各種方法減少表面的污染物和氧化層的產(chǎn)生，但是不能完全避免表面污染物及氧化層的存在，如圖1.3(a)所示。隨后，對待焊件進(jìn)行加壓作用，使得待連接的兩表面接觸，壓力的進(jìn)一步作用將會導(dǎo)致結(jié)合表面擴張。但是，金屬的塑性好而污染物、氧化膜的塑性差，因此兩部分不能產(chǎn)生同步塑性變形，這將不可避免地導(dǎo)致表面污染物膜及硬化層的開裂。在壓力持續(xù)增大時新鮮金屬將從中擠出，如圖1.3(b)所示。焊接壓力的持續(xù)增大使得擠出的新鮮金屬越來越多并在一定的壓力作用下金屬間距達(dá)到原子級別，從而實現(xiàn)了冶金結(jié)合[8]，如圖1.3(c)所示。圖1.3冷壓焊結(jié)合機理模型Fig1.3Bondingmechanismmodelofcold-presswelding許多研究人員都已經(jīng)通過實驗證明了薄膜理論，但該理論更多地只在宏觀上描述了發(fā)生連接的過程并沒有考慮塑性變形過程中引起的各類缺陷、局部溫升對金屬連接的作用。②擴散理論擴散理論，根據(jù)國際焊接學(xué)會的定義：一種通過焊接界面原子水平上的互擴散形成鍵來制造整體接頭的工藝，由于局部升溫和局部塑性變形導(dǎo)致結(jié)合面閉合，從而更有利于材料表面層的互擴散[9]。許多學(xué)者都在異種金屬的冷壓焊中發(fā)現(xiàn)了擴散現(xiàn)象[10]。分析認(rèn)為，冷壓焊過程中產(chǎn)生強烈的塑性變形從而產(chǎn)生較多的晶體缺陷、應(yīng)力集中，這些因?

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3289227