本文關(guān)鍵詞：熱輔助超聲波增量制造設(shè)備制作及鋁銅箔焊接工藝研究

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【摘要】：增量制造技術(shù)誕生于20世紀(jì)80年代,是一種新興的實(shí)體成形技術(shù),通過(guò)將材料逐層累加最終得到零件成品,特別適合形狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)、中空結(jié)構(gòu)或器件植入結(jié)構(gòu)零件的制作,常用的方式為激光燒結(jié)或電子束燒結(jié)。超聲增量制造(UAM)是近幾年才出現(xiàn)的增量制造技術(shù),相較于傳統(tǒng)方法具有更高的加工精度,焊接過(guò)程溫度低,不產(chǎn)生弧光和煙塵,同時(shí)超聲波焊接在異種材料焊接中的優(yōu)勢(shì),使得具有材料梯度的結(jié)構(gòu)件更容易實(shí)現(xiàn)。本文自行設(shè)計(jì)制作了熱輔助大功率超聲波增量制造設(shè)備,其特點(diǎn)為在焊接過(guò)程中能夠通過(guò)焊接平臺(tái)進(jìn)行加熱,提供額外的熱輸入,同時(shí)改變被焊材料的硬度、塑性等物理性能,提高超聲波焊接性能。同時(shí)超聲波振動(dòng)系統(tǒng)采用兩個(gè)對(duì)稱的換能器串聯(lián)形式,能夠提供更大的超聲波焊接功率,焊接壓力也隨之變?yōu)閷?duì)稱加載形式,使焊接過(guò)程更平衡均勻。本課題進(jìn)行了多層Cu箔焊接和多層Cu-Al箔交替焊接的工藝實(shí)驗(yàn)。在多層Cu箔焊接過(guò)程中,隨焊接層數(shù)增加,超聲能量向下層焊接界面?zhèn)鬟f分量增多,頂層焊接界面的最高溫度呈下降趨勢(shì)。隨焊接壓力的增大,界面溫度和接合面剝離強(qiáng)度均先升高后下降。焊接平臺(tái)加熱后,界面溫度持續(xù)升高,但超聲作用下的溫度增量下降,剝離強(qiáng)度先升高后下降,對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),在一定范圍內(nèi)剝離強(qiáng)度隨界面溫度升高而增加,最大剝離強(qiáng)度達(dá)到24.420Pa/mm,但溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致材料燒損,強(qiáng)度下降。多層Cu-Al交替超聲波焊接過(guò)程中發(fā)現(xiàn),銅箔和鋁箔的相對(duì)位置對(duì)界面結(jié)合的影響較大,相同焊接參數(shù)下,鋁上銅下的焊接方式在界面位置會(huì)產(chǎn)生更高的溫度,焊接強(qiáng)度也普遍較高。在焊接平臺(tái)加熱情況下,界面剝離強(qiáng)度大大提高,此時(shí)銅上鋁下結(jié)合界面的剝離強(qiáng)度略高于鋁上銅下的情況,兩種焊接形式最大剝離強(qiáng)度分別為26.23N/mm和23.28N/mm。在超聲波焊接界面處均發(fā)現(xiàn)金屬的塑性變形和塑性流動(dòng)現(xiàn)象,在Cu箔和Cu-Al箔片的焊接實(shí)驗(yàn)中分別觀察到了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象和金屬原子的擴(kuò)散現(xiàn)象。界面超聲振動(dòng)摩擦強(qiáng)烈位置的氧化膜破碎并向周圍分散,最終在界面塑性變形較小的位置產(chǎn)生氧化物的聚集。
【關(guān)鍵詞】：超聲波焊接 增量制造 熱輔助 Cu/Al焊接 結(jié)合界面
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG456.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 課題背景與研究意義9-10
• 1.2 超聲波技術(shù)介紹10-13
• 1.2.1 超聲波技術(shù)的分類及發(fā)展10-11
• 1.2.2 超聲波設(shè)備的研究11-13
• 1.3 超聲波焊接的應(yīng)用13-18
• 1.3.1 超聲波焊接研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.2 超聲波增量制造研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)設(shè)備20-23
• 2.1 超聲波發(fā)生器及諧振頻率測(cè)量20-21
• 2.2 超聲波焊接實(shí)驗(yàn)材料21
• 2.3 溫度測(cè)量21-22
• 2.4 微觀組織及力學(xué)性能分析22-23
• 2.4.1 界面微觀組織觀察分析22
• 2.4.2 力學(xué)性能分析22-23
• 第3章 熱輔助大功率超聲增量制造設(shè)備制作23-38
• 3.1 超聲波振動(dòng)系統(tǒng)材料選擇23-24
• 3.2 超聲波振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作24-35
• 3.2.1 超聲波焊接壓頭的設(shè)計(jì)與制作26-28
• 3.2.2 超聲波換能器和中間變幅桿的設(shè)計(jì)與制作28-31
• 3.2.3 超聲振動(dòng)系統(tǒng)的其它重要部件及組裝31-33
• 3.2.4 超聲波焊接振幅測(cè)量及問題完善33-35
• 3.3 壓力機(jī)構(gòu)、支撐行走機(jī)構(gòu)及加熱模塊設(shè)計(jì)35-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 第4章 銅箔超聲波焊接工藝研究38-53
• 4.1 引言38
• 4.2 多層銅箔超聲波滾壓焊接38-52
• 4.2.1 多層銅箔超聲波滾壓焊接成形及界面熱瞬態(tài)38-44
• 4.2.2 多層銅箔超聲波滾壓焊接組織特征44-48
• 4.2.3 多層銅箔超聲波滾壓焊接力學(xué)性能及斷口分析48-51
• 4.2.4 多層銅箔超聲波滾壓焊接界面結(jié)合機(jī)理51-52
• 4.3 本章小結(jié)52-53
• 第5章 鋁/銅箔超聲波焊接工藝研究53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 多層Cu-Al箔片交替超聲波滾壓焊接53-64
• 5.2.1 多層Cu-Al箔片交替超聲波滾壓焊接成形及界面熱瞬態(tài)53-55
• 5.2.2 多層Cu-Al箔片交替超聲波滾壓焊接組織形貌特征55-59
• 5.2.3 多層Cu-Al箔片交替超聲波滾壓焊接力學(xué)性能及斷口分析59-62
• 5.2.4 多層Cu-Al箔片交替超聲波滾壓焊接界面結(jié)合機(jī)理62-64
• 5.3 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果71-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：583831