【摘要】：新能源車用Cu-Al接線端子的生產(chǎn)工藝為:鍛造棒料-盲孔加工-摩擦焊-車外圓,接頭處溢料產(chǎn)生飛邊、溝槽缺陷,工藝成本高、材料浪費(fèi)嚴(yán)重,加工效率低。針對上述問題,論文對接線端子結(jié)構(gòu)工藝進(jìn)行優(yōu)化,以管型材為原料,提出銅表面激光織構(gòu)預(yù)處理工藝,開展銅鋁激光熔釬搭接焊工藝研發(fā),同時利用SYSWELD軟件分析新工藝的可行性,以期提高端子的材料利用率和加工效率,為其在新能源汽車上的廣泛應(yīng)用提供有益的參考。主要研究內(nèi)容如下:優(yōu)化Cu-Al接線端子結(jié)構(gòu)與加工工藝,分析其激光焊接工藝性�；趯�(dǎo)線與端子的連接機(jī)制,推導(dǎo)出優(yōu)化結(jié)構(gòu)下母材管徑和搭接長度計算公式,并建立“銅外/鋁內(nèi)”激光熔釬搭接焊端子模型。通過銅鋁激光焊接工藝性分析,揭示新工藝的兩個技術(shù)關(guān)鍵:1)焊接之前需在外表面進(jìn)行預(yù)處理,以提高銅表面激光吸收率;2)銅鋁界面脆硬化合物導(dǎo)致接頭電阻率高,需要合理優(yōu)化和調(diào)控激光焊接工藝。提出銅表面激光織構(gòu)預(yù)處理工藝,探明織構(gòu)表面紅外激光吸收機(jī)制。基于皮秒激光織構(gòu)技術(shù)在銅表面形成沿焊接方向的凹槽織構(gòu),研究工藝參數(shù)對微織構(gòu)形貌及表面質(zhì)量影響。研究表明:織構(gòu)深度、織構(gòu)后表面粗糙度以及表面氧化物的生成是影響激光吸收率的重要因素;經(jīng)過“光自陷織構(gòu)-表面噴濺顆粒物-表面CuO層”三步吸收過程,織構(gòu)后的銅構(gòu)件紅外激光吸收率能提高近90%。開展銅鋁激光熔釬搭接焊工藝研究,分析接頭電力學(xué)性能及形成機(jī)制�；诠に噮�(shù)(焊接功率、焊接速度、離焦量)對銅鋁激光熔釬搭接焊焊縫形貌、熔深及接頭拉伸-剪切力的研究,對比分析Ag對銅鋁接頭抗拉強(qiáng)度、電阻率和微觀組織的影響。研究表明:Ag層添加有利于改善焊縫成型和焊接質(zhì)量,接頭抗拉強(qiáng)度和電阻率均隨Ag層厚度的增加先減小后增大;相比于銅鋁直接激光熔釬搭接焊接頭,20μm銀箔添加后,熔池以枝晶α-Al為主,銅鋁二元反應(yīng)被阻斷;界面區(qū)形成“嚙齒狀”Al-Al_2Cu-Ag_2Al三元共晶相,接頭的抗拉強(qiáng)度提高了近1/3;界面層化合物分布均勻,熔池裂紋較少,有利于電子傳輸,降低電阻率;斷裂發(fā)生于熔化區(qū)與鋁側(cè)界面,為準(zhǔn)解理斷裂。基于SYSWELD進(jìn)行Cu-Al接線端子激光熔釬搭接焊溫度場和應(yīng)力場模擬分析。加載實(shí)際工藝參數(shù)校核的三維錐體熱源,形成與實(shí)驗結(jié)果一致、寬1mm/深1.52mm的熔池形貌。模擬結(jié)果顯示:環(huán)形焊縫起始單元經(jīng)歷二次焊接,溫度-時間歷程曲線存在兩個峰值,焊縫上各點(diǎn)能量吸收率隨時間增加而增大;端子殘余應(yīng)力以拉應(yīng)力為主,焊縫處應(yīng)力最大值達(dá)到667.55MPa;焊接完成時,焊縫位置整體變形量達(dá)到0.59mm,殘余拉應(yīng)力使得冷卻后的變形量減小到0.3mm左右,驗證了Cu-Al接線端子激光熔釬搭接焊的工藝可行性。
【圖文】：

當(dāng)前Cu-A1接線端子制造工藝流程

的熱力耦合過程，形成的接頭無熱影響區(qū)、軟化區(qū)、化合物脆硬層，對母材組結(jié)構(gòu)和理化性能破壞性影響和焊接損傷最小，具有較高的可靠性。2）對于液不相溶或者冶金相溶性較差的異種金屬、金屬與非金屬之間的連接具有獨(dú)特的勢。冷壓焊在銅鋁異種金屬焊接方面一個重要的應(yīng)用就是銅鋁導(dǎo)線的焊接。影銅鋁導(dǎo)線冷壓焊接的主要因素有焊接壓力、冷壓焊壓縮量（接頭塑性變形程度和焊前表面質(zhì)量（導(dǎo)線絕緣材料的清理）[4-5]。溫立民, 劉燕等人[6]在焊接壓2100 MPa、總壓縮量 19 mm、頂鍛 4-5 次工藝參數(shù)下，利用 LHJ3 型冷壓焊機(jī)接 2．65mm 鋁線和銅線，達(dá)到了抗拉強(qiáng)度高于母材鋁、彎曲性能良好、導(dǎo)電能介于銅和鋁之間的致密焊接接頭，但是焊縫處因 Cu 和 Al 的擴(kuò)散作用形成脆性金屬間化合物層厚度隨溫度升高而增加，使得接頭韌性降低變脆，抗拉強(qiáng)下降，限制了這類接頭在高溫服役工況下的使用。Kaan Ozel 等人[7]采用冷壓進(jìn)行 2.75mm 的銅鋁薄板的搭接焊，在表面粗糙度 Ra=5μm 、60%變形率的件下可以獲得拉伸性能和抗疲勞最佳的連接頭，，斷裂均發(fā)生于銅鋁連接界面處盡管可以通過冷壓焊獲得性能較好的銅鋁接頭，但是微裂紋、夾雜物或未完全結(jié)表面這些缺陷的存在使得接頭無法承受較高的動靜態(tài)載荷。
【學(xué)位授予單位】：溫州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U466

【參考文獻(xiàn)】

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1 呂會敏;;銅鋁異種金屬冷壓焊工藝研究[J];科技視界;2015年12期

2 羊浩;黃繼華;陳樹海;趙興科;王奇;李德華;;Zn-Al-Si釬料釬焊銅/鋁接頭顯微組織及性能研究[J];航空制造技術(shù);2015年07期

3 張匯文;崔煒;閆久春;;超聲波輔助釬焊銅/鋁異種金屬接頭界面組織性能及強(qiáng)化機(jī)制[J];焊接學(xué)報;2015年01期

4 南水平;黃繼華;陳樹海;趙興科;王奇;李德華;;Al-Si-Cu合金粉末擴(kuò)散釬焊Al/Cu接頭組織及性能[J];焊接學(xué)報;2014年01期

5 薛志清;胡繩蓀;左迪;申俊琦;;銅鋁異種金屬激光焊接頭組織特征及力學(xué)性能[J];焊接學(xué)報;2013年10期

6 張滿;王鵬飛;張臨財;林岳賓;;Zn-Al-Ag釬料銅-鋁釬焊接頭顯微組織與力學(xué)性能[J];焊接學(xué)報;2013年09期

7 陶淑芬;;納秒激光脈沖燒蝕金屬銅的物理過程分析[J];激光雜志;2011年04期

8 劉政軍;于麗麗;張明;;模擬火災(zāi)作用對紫銅焊接接頭組織和性能的影響[J];焊接學(xué)報;2011年02期

9 劉英才;張玉明;榮鼎慧;趙越;尹衍升;左鐵軍;;薄壁銅鋁管電阻焊焊接界面的微觀結(jié)構(gòu)研究[J];兵器材料科學(xué)與工程;2009年03期

10 王軍;賀占蜀;陸龍生;萬修平;;鋁片-銅管太陽能集熱板超聲波焊接顯微試驗[J];焊接技術(shù);2009年03期

本文編號：2621128