本文關(guān)鍵詞：高硅鋁合金激光焊接頭組織性能研究及溫度場數(shù)值模擬

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【摘要】：高硅鋁材料近年來被廣泛用于電子元器件封裝上,但其焊接性能差,具有較高的裂紋和氣孔形成傾向。脈沖激光焊的線能量較低、焊速快、熱影響區(qū)小,可以減少熱沖擊,適用于微型件與精密元器件的焊接。本文利用固體脈沖激光焊機(jī)進(jìn)行高硅鋁合金激光焊接實驗,并采用數(shù)值模擬方法分析焊接時的溫度場,探索適用于噴射沉積型高硅鋁合金的激光焊接規(guī)范。通過對比三種不同焦距透鏡的焊縫尺寸和成形質(zhì)量,確定采用焦距為120mam的透鏡,離焦量為+1mm。采用單一變量法,確定較優(yōu)的激光焊接規(guī)范參數(shù)。Al-27Si合金和Al-50Si合金母材組織主要是a-A1基體和初晶硅；焊縫組織為初生硅和鋁硅共晶體；熱影響區(qū)組織為粗大的硅和鋁硅共晶。焊縫區(qū)組織比母材組織更細(xì)小均勻,熱影響區(qū)組織差異最大,是焊縫的薄弱部位。Al-27Si和Al-50Si合金焊縫區(qū)硬度均大于母材硬度,母材與焊縫中硬度波動不大,熱影響區(qū)的顯微硬度值波動較大。熱模擬中隨加熱溫度的升高,高硅鋁合金焊縫區(qū)域中硅顆粒長大,逐漸出現(xiàn)鋁硅共晶組織,氣孔缺陷的數(shù)量也逐漸增加。模擬結(jié)果表明,控制焊接熱輸入,減少焊縫組織的高溫停留時間,能夠避免組織中缺陷以及晶粒粗化。通過比較選用高斯面熱源和三維錐體熱源的組合熱源模型,獲得了激光焊接過程的溫度場分布結(jié)果。隨著焊接電流的增大,熔池的尺寸明顯增大,焊縫附近的高溫區(qū)域逐漸擴(kuò)大,焊件的整體溫度上升。隨著焊接速度的增大,焊縫的熔深有了明顯的減小,焊縫附近的高溫區(qū)域逐漸減小,焊縫整體溫度也逐漸降低。激光焊接過程中,母材區(qū)域溫度大部分低于300℃,對焊件內(nèi)部器件影響較小。
【關(guān)鍵詞】：高硅鋁 脈沖激光焊 組織性能 熱模擬 焊接溫度場
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG456.7
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 1 緒論17-25
• 1.1 高硅鋁合金的發(fā)展現(xiàn)狀和意義17-21
• 1.1.1 高硅鋁合金應(yīng)用背景17-18
• 1.1.2 高硅鋁合金常用的制備方法18-19
• 1.1.3 高硅鋁合金的焊接性19-21
• 1.2 高硅鋁合金激光焊接的可行性21-23
• 1.2.1 脈沖激光焊接技術(shù)21-22
• 1.2.2 高硅鋁合金的激光焊接22-23
• 1.3 激光焊接的溫度場模擬23-24
• 1.3.1 有限元模擬的意義23
• 1.3.2 焊接溫度場模擬的發(fā)展23-24
• 1.4 研究內(nèi)容24-25
• 2 實驗材料及方法25-29
• 2.1 實驗材料25
• 2.2 脈沖激光焊機(jī)25-27
• 2.3 焊接準(zhǔn)備27
• 2.4 激光焊接的參數(shù)選擇27-28
• 2.5 激光焊后金相觀察28
• 2.6 焊縫接頭的硬度測量28
• 2.7 Al-50Si合金高溫處理模擬試驗28-29
• 3 Al-27Si和Al-50Si合金的激光焊29-46
• 3.1 不同激光焊鏡片焦距與離焦量的影響30-32
• 3.1.1 不同焦距鏡片的焊縫30-31
• 3.1.2 離焦量對焊縫成形的影響31-32
• 3.2 激光焊電流的影響32-36
• 3.2.1 Al-27Si合金不同電流的焊縫33-34
• 3.2.2 Al-50Si合金不同電流的焊縫34-36
• 3.3 激光焊脈寬的影響36-38
• 3.3.1 Al-27Si合金不同脈寬的焊縫36-37
• 3.3.2 Al-50Si合金不同脈寬的焊縫37-38
• 3.4 激光焊接速度對焊縫的影響38-42
• 3.4.1 Al-27Si合金不同速度的焊縫39-40
• 3.4.2 Al-50Si合金不同速度的焊縫40-42
• 3.5 激光焊接頻率對焊縫的影響42-45
• 3.5.1 Al-27Si合金不同頻率的焊縫42-43
• 3.5.2 Al-50Si合金不同頻率的焊縫43-45
• 3.6 小結(jié)45-46
• 4 高硅鋁合金焊焊縫組織及熱模擬46-60
• 4.1 焊縫的金相和SEM分析46-52
• 4.1.1 母材硅的組織形態(tài)46-47
• 4.1.2 焊縫組織47-48
• 4.1.3 Al-27Si合金焊縫組織金相與SEM48-49
• 4.1.4 Al-50Si合金焊縫組織金相與SEM49-52
• 4.1.5 焊縫元素分布52
• 4.2 高硅鋁合金顯微硬度52-54
• 4.2.1 Al-27Si焊縫硬度分布52-53
• 4.2.2 Al-50Si焊縫硬度分布53-54
• 4.3 高硅鋁合金的焊接缺陷54-58
• 4.3.1 噴射沉積法制備材料的缺陷54-55
• 4.3.2 焊縫氣孔55-57
• 4.3.3 焊縫裂紋57-58
• 4.4 高硅鋁高溫時組織變化模擬58-59
• 4.5 小結(jié)59-60
• 5 高硅鋁合金焊接溫度場模擬60-71
• 5.1 溫度場模擬理論60-61
• 5.2 模型的建立及熱源模型的選擇61-66
• 5.2.1 ANSYS軟件61
• 5.2.2 實體單元和材料參數(shù)61-62
• 5.2.3 建立模型劃分網(wǎng)格62-63
• 5.2.4 求解63-64
• 5.2.5 熱源模型的選擇64-66
• 5.3 模擬結(jié)果與后處理66-67
• 5.3.1 模擬的焊縫與實驗焊縫對比66-67
• 5.4 激光焊接溫度場分布67-70
• 5.4.1 不同電流的焊接溫度場67-68
• 5.4.2 不同速度的焊接溫度場68-69
• 5.4.3 優(yōu)化參數(shù)后焊接溫度場分布69-70
• 5.5 小結(jié)70-71
• 6 結(jié)論71-72
• 創(chuàng)新點72-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文76

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