液态钎料声致铺展的物理机制及动力学研究

发布时间：2017-09-07 10:18

  本文关键词：液态钎料声致铺展的物理机制及动力学研究

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【摘要】：作为目前钎焊领域的新宠,超声波钎焊目前备受广大学者关注。多数学者更注重超声波钎焊的实际应用,而对其基本的铺展过程关注较少。本文以超声波作用下液态钎料在尺寸为50mm×30mm×3mm的母材表面的铺展为例,对铺展动力学过程进行总结和模拟计算,同时对铺展的界面力学进行探究。通过铺展过程的高速摄影视频,总结不同母材、超声波振幅、频率等条件下铺展的动力学过程,并总结了铺展过程中的两种现象:涟漪波纹和雾化。提出超声波作用下液态钎料铺展的基本物理过程,并建立完整的物理模型。设计实验,对铺展前沿氧化膜的去除情况进行分析,发现铺展前沿受到阻挡后,钎料下方氧化膜能够去除。通过利用ANSYS软件对不同条件下母材表面的振幅大小及分布进行模拟计算,发现母材特性和振动条件都会对母材表面的振形及分布造成影响。母材表面振动幅值随着超声振幅增大、母材弹性模量增大而增大,但振形不变;超声频率和母材尺寸的改变,母材表面的振形和分布都会发生改变。并且在相同条件下通过钎料中心的不同路径的振动情况也不相同。利用流体力学软件对不同条件下的铺展过程进行模拟,并用实验结果进行验证。模拟计算得到的铺展速度与铺展时间的关系与实验结果吻合良好。通过模拟计算找到铺展的临界振幅和临界振动频率。对振幅为6μm、频率为21.9k Hz时时铺展前沿三相界面处的受力状态进行求解,同时求解出振幅为0.2μm时临界铺展力为782Pa。并对加挡板后钎料与母材接触面处声压进行模拟计算,发现由钎料中心到铺展前沿,钎料与母材接触面处的超声附加压力幅值逐渐减小,而该值过小则不会产生空化作用,因此本文认为界面前沿不能去膜是超声附加压力的幅值过小的原因。
【关键词】：铺展 物理模型 模拟 临界条件 氧化膜
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG454
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 超声波钎焊的研究现状10-15
• 1.2.1 钎料激励的超声波钎焊10-13
• 1.2.2 工件激励的超声波钎焊13-15
• 1.3 经典钎焊中的润湿铺展理论15
• 1.4 超声作用下液滴的动态行为研究现状15-21
• 1.4.1 超声振动作用下液滴的雾化15-18
• 1.4.2 振动板表面液体的动态行为研究现状18-21
• 1.5 本文的主要研究内容21-22
• 第2章 试验材料及方法22-27
• 2.1 试验材料22-23
• 2.1.1 母材22-23
• 2.1.2 钎料23
• 2.2 试验设备23-24
• 2.2.1 超声辅助钎焊设备24
• 2.2.2 超高速CCD摄像系统24
• 2.3 试验方法24-26
• 2.3.1 Al板表面的阳极氧化24-25
• 2.3.2 超声波作用下钎料液滴的铺展实验25-26
• 2.3.3 基于ANSYS的谐响应分析26
• 2.3.4 基于FLUENT的铺展过程模拟分析26
• 2.4 微观组织分析26-27
• 第3章 液态钎料声致铺展的物理机制27-40
• 3.1 引言27
• 3.2 超声波作用下液态钎料的铺展行为27-36
• 3.2.1 不同超声振幅下的铺展行为27-30
• 3.2.2 不同钎料性质的铺展行为30-32
• 3.2.3 不同母材性质的铺展行为32-34
• 3.2.4 铺展过程中的两种现象34-36
• 3.3 超声作用下液态钎料铺展物理模型的建立36-38
• 3.4 铺展过程的边缘效应38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 母材表面振动的有限元分析40-55
• 4.1 引言40
• 4.2 不同母材性质下板表面振动的谐响应分析40-44
• 4.3 不同尺寸母材表面振动的谐响应分析44-48
• 4.3.1 不同厚度母材表面振动的谐响应分析44-45
• 4.3.2 不同长宽尺寸板表面振动的谐响应分析45-47
• 4.3.3 等比例增大板表面振动的谐响应分析47-48
• 4.4 不同振动下母材表面振动的谐响应分析48-53
• 4.4.1 不同振幅下板表面振动的谐响应分析48-49
• 4.4.2 不同频率下板表面振动的谐响应分析49-52
• 4.4.3 不同超声探头尺寸下板表面振动的谐响应分析52-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第5章 液态钎料铺展的动力学研究及界面力学分析55-68
• 5.1 引言55
• 5.2 几何建模及参数的选择55-56
• 5.3 铺展过程的方向性56-57
• 5.4 不同条件下的铺展过程57-61
• 5.4.1 不同母材表面的铺展过程58
• 5.4.2 不同频率下的铺展过程58-60
• 5.4.3 不同振幅下的铺展过程60-61
• 5.5 铺展过程的界面力学分析61-66
• 5.6 本章小结66-68
• 结论68-69
• 参考文献69-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 赵恺;张柯柯;张晓娇;;超声波振动对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu润湿性的影响[J];电焊机;2013年04期

2 赵恺;张柯柯;张晓娇;刘宇杰;张占领;石红信;邱然锋;;电场对超声振动辅助Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu润湿适配性的影响[J];焊接技术;2013年10期

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本文编号：808946