黄铜与异种金属的激光高速冲击焊接实验与数值模拟研究

发布时间：2021-10-21 18:45

　　激光高速冲击焊接技术作为一种新型固相焊接工艺特别适合于微观尺度下异种金属的连接,此焊接技术为黄铜与异种金属的微焊接提供了新的途径。本文运用激光高速冲击焊接技术实现了黄铜与异种金属的微焊接,并通过实验与数值模拟相结合的方式对激光高速冲击焊接样品的微观结构、焊接接头的机械性能以及界面波的形成机理等方面进行了系统的研究,主要的研究内容与成果如下:首先,开展了激光高速冲击焊接Al/Brass实验研究。本实验利用光学显微镜（OM）观测了焊接样品的表面形貌及横截面形貌,运用扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱仪（EDS）观测并分析了结合界面的微观结构,最后通过拉伸剪切测试和剥离测试研究了焊接接头的力学性能及失效模式。研究发现:在合理的工艺参数下,焊接样品表面质量良好;激光脉冲能量对结合界面微观形貌影响显著,界面波的波长和振幅会随着激光脉冲能量的增加而增大,当激光脉冲能量大于1200mJ时,在黄铜一侧的波谷区域将会生成局部熔化块;EDS测试结果表明在结合界面出现了微弱的元素扩散;随着激光脉冲能量的增加,最大拉伸力和剥离力会随之增加,研究认为界面波尺寸的增加有利于提高焊接接头的连接质量,但最大拉伸力和... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

爆炸焊接原理图

其焊接原理如图1.2 所示[43, 44]。与爆炸焊接不同的是，电磁脉冲焊接技术是通过加载电流产生的洛伦兹力对复板进行加速，洛伦兹力的大小可以通过加载电流进行调节与控制，自动化程度较高。在进行电磁脉冲焊接时，电容器放电会在螺线管内产生高密度的电流，这被看作为初始电流，在闭合电流通路中，初始电流产生的电磁场会在复板上生成对应的次级电流，次级电流的方向与初始电流的方向是相反的，因此在螺线管和复板之间会产生强烈的相互排斥的洛伦兹力，复板在洛伦兹力的作用下会加速飞行并与基板高速碰撞。

渐渐引起研究者的注意[53]，这为解决微观尺度上异种材料焊接提供了一种新的途径。1.3.3 激光高速冲击焊接技术及研究现状激光高速冲击焊接技术是一种比较新颖的固相焊接技术，此焊接方式与传统的激光熔化焊不同，在焊接过程中没有出现大范围的熔化，也不会产生熔池。激光高速冲击焊接布置主要有角度式和平行式两种方式，如图 1.3 所示[54, 55]。当脉冲激光经过聚焦透镜后会穿过透明的约束层照射在吸收层上，吸收层通常为喷涂在约束层下方的黑漆，吸收层（黑漆）在脉冲激光的照射下会迅速气化并电离成等离子体，由于约束层的限制，等离子体在吸收激光脉冲能量后会急剧膨胀，从而在复板上表面形成强烈的冲击压力波，在冲击波的驱动下复板向下高速飞行，最终与基板相碰撞。复板与基板高速碰撞后会产生强烈的塑性变形，随后在巨大的冲击压力下实现固相冶金结合。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]不锈钢/黄铜接头高频感应钎焊质量问题的研究[J]. 吕志勇,韩力英,张同龄.  焊接技术. 2013(03)
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博士论文
[1]黄铜—不锈钢异种金属激光焊接[D]. 李扬.天津大学 2015
[2]Johnson-Cook本构模型和Steinberg本构模型的比较研究[D]. 彭建祥.中国工程物理研究院 2006

硕士论文
[1]激光间接冲击焊接实验与数值模拟研究[D]. 黄涛.江苏大学 2018
[2]铝/黄铜异种金属激光熔钎焊工艺及机理研究[D]. 李志勇.哈尔滨工业大学 2016
[3]黄铜与紫铜及黄铜与低碳钢异种金属的激光焊接[D]. 皮友东.北京工业大学 2007



本文编号：3449530