超声波钎焊填缝及钎缝优化工艺研究

论文摘要

应用超声波钎焊技术焊接铝合金及铝基复合材料,实现液态钎料的填缝和氧化膜去除过程,完成材料的冶金连接。本文主要研究超声波钎焊各种材料时,钎料的填缝速率和去膜规律,利用Marc软件帮助模拟分析其影响因素,同时将对铝合金2024Al的钎缝进行优化,提高钎缝的力学性能,对颗粒增强的铝基复合材料SiCp/A356接头进行复合。研究结果表明,利用超声波钎焊各种材料时,钎料先填充预留间隙后去除母材表面的氧化膜。在填缝的过程中发现铝基复合材料的填缝速率相应的比基体铝合金的填缝速率快。当采用不同的预留间隙,不同超声时间进行超声波钎焊时,填缝速率是不同的。当采用相同材料输入不同的振幅时,输入的振幅越大,输出的振幅也越大,填缝的速率越快。因此对于不同材料输入相同的振幅但是输出的振幅不同,填缝的速率就不同。在去膜研究过程中发现铝合金的去膜比例大,去膜所需最短时间少;铝基复合材料的去膜比例小,去膜所需最短时间长,且预留间隙越大,去膜越困难。采用超声波诱导填缝钎焊工艺形成冶金连接的焊缝后,利用升温保温工艺,促进母材和焊缝中Al和Zn元素的相互扩散溶解形成溶解层,使原有的焊缝变宽。再通过挤压将焊缝中的液相共晶组织挤出,对于铝基复合材料来说可以将母材中的增强相挤入到钎缝中,提高铝合金2024Al及颗粒增强的铝基复合材料SiCp/A356的钎缝性能,铝合金2024Al钎缝最高剪切强度可达193MPa,铝基复合材料SiCp/A356强度可达母材的78%,实现铝合金材料钎缝的优化和铝基复合材料接头的复合化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 钎焊润湿铺展和毛细填缝概述
• 1.2.1 钎焊中的润湿和铺展概述
• 1.2.2 钎焊中毛细填缝过程概述
• 1.3 超声波钎焊的研究现状
• 1.3.1 超声波钎焊发展历程
• 1.3.2 不同材料的超声波钎焊
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 试验材料及其方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 铝合金
• 2.1.2 铝基复合材料
• 2.1.3 钎料的选定
• 2.2 试验设备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 焊前准备
• 2.3.2 焊接试验
• 2.4 性能测试与金相分析
• 第3章 不同材料的填缝速率和去膜长度
• 3.1 超声波钎焊不同材料填缝过程分析
• 3.1.1 2024Al-O 的超声波钎焊过程
• 3.1.2 2024Al-T4 的超声波钎焊过程
• 18B₄O_33w/2024Al 的超声波钎焊过程'>3.1.3 Al₁₈B₄O_33w/2024Al 的超声波钎焊过程
• 3.1.4 A356 的超声波钎焊过程
• p/A356 的超声波钎焊过程'>3.1.5 SiC_p/A356 的超声波钎焊过程
• 3.2 超声波钎焊诱导填缝速率的对比
• 3.2.1 不同材料的填缝速率
• 3.2.2 不同振幅的填缝速率
• 3.2.3 填缝速率不同的机制分析
• 3.3 超声波钎焊不同材料的去膜分析
• 3.3.1 去膜长度和填缝长度的对比分析
• 3.3.2 去膜所需最短时间
• 3.4 本章小结
• 第4章 铝合金超声波钎焊焊缝优化工艺研究
• 4.1 引言
• 4.2 超声波钎焊工艺
• 4.3 焊后优化工艺研究
• 4.3.1 不同保温工艺
• 4.3.2 不同保温工艺性能分析
• 4.4 挤压辅助的优化工艺研究
• 4.4.1 保温后实施挤压的工艺
• 4.4.2 保温后挤压工艺性能分析
• 4.5 各工艺性能对比
• 4.6 本章小结
• 第5章 颗粒增强铝基复合材料接头复合化
• 5.1 引言
• p/A356 复合化工艺研究'>5.2 SiC_p/A356 复合化工艺研究
• 5.3 接头复合化工艺的物理模型
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢