紫铜超声波焊接及再结晶研究(内蒙古通辽紫铜片)
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本文导读目录：
2、内蒙古通辽紫铜片
紫铜超声波焊接及再结晶研究
【摘要】：三维金属波导元件(包含接收信号孔、本振信号孔和耦合孔)是下一代射电望远镜上关键器件。
超声增材为制备该波导元件提供了一种全新的方法,而紫铜薄片的有效焊接是该方法中最关键的工艺之一。
本文采用0.3mm厚紫铜进行超声波点焊试验,得到最佳工艺参数,并深入探讨紫铜超声波焊接机理和再结晶过程。
研究结果如下:通过进行接头的拉伸试验与剥离试验表明:在焊接时间300-700ms时,紫铜焊接接头的力学性能呈增大趋势并在焊接时间为700ms时力学性能最好(最大拉伸剪切力:1923.4N、最大剥离力:152.8N);当焊接时间超过700ms时,接头力学性能呈下降趋势。
焊接压力对接头力学性能影响趋势大致相同,在焊接压力为0.3-0.5Mpa时,力学性能逐渐增强;焊接压力为0.5Mpa时力学性能达到最高;当焊接压力为0.5-0.6Mpa时,接头力学性能出现下降。
故焊接时间700ms、焊接压力0.5Mpa、焊接功率1400w为0.3mm厚紫铜超声波焊接的最佳工艺参数。
在紫铜超声波焊接早期或焊接压力、时间不足时,接头会出现机械嵌合,随着焊接时间、焊接压力的增大,机械嵌合逐渐消失。
当焊接工艺达到最佳时,接头界面发生原子扩散,当原子间间隙足够小时,金属原子逐渐形成键合。
EBSD分析表明:超声波焊接作用下紫铜焊接界面处的平均尺寸从20m减小到1-2m,说明超声波焊接细化了界面处晶粒。
原始紫铜基体内主要是具有大角度晶界(HAGBs)的粗大晶粒,而紫铜焊接接头处则出现了大量的小角度晶界(LAGBs)、亚晶和细小的等轴晶粒。
原始紫铜中主要存在着铜型织构{112}111,以及立方织构cube{001}100,超声焊接后试样的织构主要有剪切织构{111}143、{111}110与{221}122,以及部分{001}130、{001}230、{114}131等织构。
其中在焊接界面处存在大量重新生成的细小立方织构{100}001和剪切织构{111}110。
同时,在应变较小区域,通常发生不连续动态再结晶DDRX,此时再结晶形核方式为晶界弓出形核方式;在应变较大区域则以连续动态再结晶CDRX为主,此时再结晶形核形式与亚晶相关。
为了证明紫铜超声焊接界面处出现再结晶现象,特开展了紫铜超声波焊接温度场的ABAQUS有限元模拟,结果表明:在紫铜超声波焊接的前100ms内,温度陡升到400℃,随后温度缓慢呈线性增长。
随着焊接时间的增加,焊接界面中心区域最高温度也随之增加,超声波焊接的高温区域集中在焊接界面区域,在远离界面的区域温度逐渐减小。
焊接界面中心点温度分别为598℃(焊接时间t500ms)、655℃(t700ms)和706℃(t900ms),均超过了紫铜的再结晶温度379.05-433.2℃,故从理论上验证了在紫铜超声焊接过程中会发生再结晶现象。
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