本文關(guān)鍵詞：純鈦薄片激光封孔工藝及封接過(guò)程研究　出處：《南昌航空大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著社會(huì)人口的老齡化進(jìn)程加劇,針對(duì)老齡人易患疾病的可植入醫(yī)療器件的研發(fā)已成為醫(yī)療保健業(yè)新興的趨勢(shì)。心臟起搏器是一種典型的植入式醫(yī)療器件。在心臟起搏器中,電源主要采用鋰-碘電池,電解液從電池的小孔中注入后需要對(duì)該小孔進(jìn)行封焊。目前,采用最多的辦法是錫封焊該小孔,然后再激光封焊蓋片。這種保護(hù)性封焊結(jié)構(gòu)可靠性不高,且影響電池的壽命。為實(shí)現(xiàn)電解液注入后,直接對(duì)該小孔進(jìn)行激光封焊,提高小孔的封接效果。文中采用低功率脈沖激光對(duì)0.4mm厚CP-Ti薄片的0.1mm小孔進(jìn)行封焊試驗(yàn)。分別從激光功率、光斑直徑和脈沖寬度三個(gè)方面研究工藝參數(shù)對(duì)激光封孔的影響規(guī)律,并通過(guò)高速攝影觀察激光封孔過(guò)程中的熔池動(dòng)態(tài)變化,結(jié)合封接區(qū)成形形貌及液態(tài)金屬受力情況,深入分析小孔封接過(guò)程。研究結(jié)果表明:采用低功率脈沖激光可以實(shí)現(xiàn)0.40mm厚CP-Ti的小孔封接,當(dāng)激光功率為20.8W、脈沖寬度為6.0ms、光斑直徑為0.4mm時(shí),小孔基本被完全封接。隨著激光功率的增大,熔核尺寸逐漸增大,且封接區(qū)(焊縫)上表面平均硬度值呈上升趨勢(shì),封接區(qū)及熱影響區(qū)顯微硬度高于母材,封接區(qū)最大硬度值為239HV。封接接頭主要由鋸齒狀α晶、柱狀α晶、針狀α晶粒和板條狀α晶粒組成。隨著光斑直徑增大,封接區(qū)上表面熔化面積基本不變,但封接模式由匙孔型向熱導(dǎo)型轉(zhuǎn)變,且熱導(dǎo)型模式更適合小孔的封接,其理論最大封接有效厚度約為386μm。對(duì)作用于封接區(qū)的激光能量計(jì)算發(fā)現(xiàn),計(jì)算的理論能量值與光斑直徑成正相關(guān),而實(shí)際金屬熔化量與光斑直徑成反相關(guān)。造成此現(xiàn)象的原因是小孔邊緣部分熔化的金屬在激光反沖力等力的作用下向小孔內(nèi)流動(dòng),從而可以吸收更多的激光能量。另外,增大脈沖寬度,封接區(qū)厚度也逐漸增大,但當(dāng)脈沖寬度大于等于7.0ms時(shí),封接區(qū)底部會(huì)出現(xiàn)中心金屬凸出而兩側(cè)有凹槽的特征,分析認(rèn)為是由封接區(qū)域熔池維持熔化狀態(tài)時(shí)間增長(zhǎng),中心區(qū)域液態(tài)金屬繼續(xù)向下流動(dòng),而周邊液態(tài)金屬在Marangoni回流作用下向上遷移所導(dǎo)致。通過(guò)高速攝影觀察激光封孔過(guò)程的熔池特征發(fā)現(xiàn),隨著時(shí)間的推移,激光功率為17.6W、20.8W、22.4W的純鈦表面熔池由凸出狀逐漸過(guò)渡為平整狀態(tài),熔池亮度出現(xiàn)由亮變暗,然后再轉(zhuǎn)亮的現(xiàn)象,在轉(zhuǎn)亮之前熔池體積有所減小,且熔池中心可以看到部分孔洞陰影。熔池過(guò)渡為平整狀態(tài)后,熔池表面液體開(kāi)始下降。激光封孔過(guò)程中,激光作用階段小孔未被填充,激光消失后液態(tài)金屬開(kāi)始填充小孔,液態(tài)金屬填滿小孔后,金屬液面再逐漸下降。整個(gè)激光封孔過(guò)程中,熔池表面動(dòng)態(tài)變化是一個(gè)先擴(kuò)展再回填小孔,最后液面逐漸下降(凝固收縮)的過(guò)程。小孔的封接過(guò)程可分為以下幾個(gè)階段:首先,激光作用初期,小孔周?chē)饘倬植咳刍?其次,隨著激光作用時(shí)間增長(zhǎng),液態(tài)金屬向金屬內(nèi)部及小孔外圍擴(kuò)展;再次,激光消失后,熔池在表面張力等力的作用下開(kāi)始填充小孔,液態(tài)金屬在小孔中心相互接觸;第四,匯聚中心的液態(tài)金屬開(kāi)始向上或向下遷移;第五,液態(tài)金屬填充小孔完成,中心區(qū)域與周?chē)鄢亟饘俚囊好婊境制?最后,熔池液面開(kāi)始下降,進(jìn)入凝固收縮階段。通過(guò)建立簡(jiǎn)易的熔池動(dòng)態(tài)變化物理模型,可以更直觀地反映出小孔的封接過(guò)程,并且可以說(shuō)明Y形、V形和X形封接區(qū)特征的形成。
[Abstract]:The research results show that the laser power is 20.8 W , the pulse width is 6 . 0ms and the spot diameter is 0.4 mm . in the process of laser sealing , the liquid metal starts to fill the small hole , the liquid metal starts to fill the small hole , the liquid metal starts to fill the small hole , the liquid metal starts to fill the small hole , the liquid metal starts to fill the small hole , the liquid metal starts to fill the small hole , the liquid metal starts to fill the small hole , the liquid metal starts to fill the small hole , the liquid metal starts to fill the small hole , the liquid metal starts to fill the small hole , the liquid metal starts to fill the small hole , and the liquid metal is gradually lowered .

【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG456.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1357621