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    鋼板和鎳板微型點焊時電極粘附機理的研究

    2019-01-09   來源:   點擊數:34次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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     中國鋼管信息港記者昨日獲悉:數學模型及理論基礎在傳統的有限元中所涉及到的位移,僅指由變形而引起的相對位移,且要保持變形連續而不允許出現剛體位移,但米用MCA方法研究體胞之間的相互作用關系時,不僅允許體胞之間有相對位移而且允許體胞之間產生剛體位移,還可允許體胞之間有相對轉動,也就是說,可以描述模擬試樣系列體胞從受載到斷裂的整個動態演化過程。相鄰體胞為了描述各體胞之間的動態過程,須引入體胞之間的重疊參數妒,
     
     鍍鎳鋼板和鎳板微型點焊時電極粘附機理的研究(1.湖北汽車工業學院材料系,湖北十堰442002;2.加拿大滑鐵盧大學機械工程系,Ontario,N2L3G1,Cana(ia)粘附力的影響規律結果表明:鍍鎳鋼板和鎳板微型點焊時電極粘附的機理是電極和鍍鎳板之間的局部焊接,電極粘附力隨電極與鍍鎳板之間局部焊接面積的增加而增加;電極粘附力隨點焊電流和點焊時間的減小而下降。此外,電極壓力和電極間距對電極粘附力也有一定的影響微型點焊廣泛應用于微電子、通信及醫療器件的連接和組裝在微型點焊中,電極與焊件的粘附和電極的失效是微型點焊過程中兩大問題,粘附會造成焊接速度下降,嚴重時導致組裝的器件毀壞。基于此,本文對鍍鎳鋼板和鎳板微型點焊時電極粘附的機理進行了較詳細的研宄1試驗方法微型點焊采用HF2型直流焊接電源和88A微型點焊機,焊接示意圖見由于采用直流電源,熱電偶現象導致了陽極的產熱大于陰極的產熱,使得陽極焊接微型點焊示意圖產生的焊點直徑大于陰極焊接產生的焊點直徑,為了保證每次焊接得到的兩個焊點直徑相同,只有通過大陽極的壓力或減小陰極的壓力來實現,因此焊接規范中兩個電極的壓力不相同。焊接所采用的電極形狀見,鎳低碳鋼板,鍍鎳層厚為h71;下焊件為0.3mm厚的鎳板。在焊接過程中,當電極和焊件粘附在一起時,用彈簧秤的撥桿分離電極和焊件,從而測得電極粘附力,彈簧秤的滿刻度是3.5N電極粘附一般發生在電極開始使用時的前一百點,大約在200點以后就可以忽略了基于此,為了便于試驗,電極粘附試驗只試驗電極開始使用時的前200焊點或當電極粘附發生嚴重粘附時就停止該電極試驗(嚴重粘附的定義是連續20焊點的粘附力大于3.5N)為了試驗焊接電流I焊接時間f焊接壓力P和電極間距l對電極粘附力的影響焊接電流從800A變化到產生嚴重粘附為止,間隔為10A;焊接時間從1ms變化到產生嚴重粘附為止,間隔為1ms;電極壓力(P*//陰)分別為24NH8N,36N/24N和48N/36N;電極間距分別為0.5mm,1.5mm,2.5mm和3.5mm為了檢測焊點的撕裂強度,焊接如所示的剪切試樣,在RomulusUniversalMate-ialsTester上測量焊點的撕裂強度對沒有發生和發生粘附的電極頭部和焊點表面進行掃描電鏡觀測和能譜分析。
     
      中國鋼管信息港記者昨日獲悉:電極材料為Cu~0.8物電極形狀示意圖*:2002~03-22 CH0.05%Zl.U82型合金)上焊件為0.imm厚的鍍:董仕節(溯北監利人,副t士后試驗研宄檢測陽焊點檢測陰極焊點撕裂強度eKrC撕裂艦剪切試樣2試驗結果是在鍍鎳鋼板和鎳板微型點焊時電極粘附力隨焊點變化的關系曲線,和前面提到的相同,在剛開始時電極粘附力最大而且產生粘附的頻率也最高。
     
      是焊接電流對陰極焊點的撕裂強度和電極粘附力影響的曲線,按工藝要求,陰極焊點的撕裂強度應大于2 0N,從可看出,當/> 1000A時,焊點就滿足工藝要求;當/<1480A時電極粘附力為零,當/>1480A時,隨焊接電流的加電極粘附力逐漸提高,/達到1600A時,電極粘附力己達到了彈簧秤的滿刻度3. 5N,此后加電流,電極粘附力還會加,只是沒有測量其大小焊接時間對電極粘附力的影響見,其影響規律和焊接電流基本相同,在t< 14ms時電極粘附力為零,當f<14ms后隨f的電極粘附力隨焊點數變化曲線焊接電流對陰極焊點撕裂強度和電極粘附力影響焊接時間對電極粘附力的影響加電極粘附力力口。
     
      是電極壓力對不產生電極粘附的最大焊接電流的影響曲線可看出,當P陰<24N時,不產生粘附的最大焊接電流基本保持在1 500A的水平,當P陰= 36N時,不產生粘附的最大焊接電流有所提高。
     
      是電極間距對不產生電極粘附的最大焊接電流影響曲線,可看出,不產生粘附的最大焊接電流在l< 1.5mm時隨間距大而大,在/> 1.5mm后,不產生粘附的最大焊接電流基本保持在1500A的水平。
     
      電極壓力對不產生粘附電極間距對不產生粘附的最大焊接電流的影響最大焊接電流的影響是電極與鍍鎳鋼板粘附后分離的電極頭部表面和焊點表面的典型斷裂形貌及焊點表面Cu的面掃描。可見,電極頭部表面的形貌和所焊焊點的表面形貌有很好的對應,說明電極頭部和所對應的焊點在點焊時己經結合成了一個整體,在外力的作用下,沿結合力最薄弱的連接處分離,留下相對應的兩個斷裂斷口在焊點表面有Cu,在電極頭部表面只有很少的Ni和Fe,說明電極粘附后的斷裂基本上是在沿電極頭部表面進行的(因電極的強度比鍍鎳板的強度低),此外還可看出,在相同的焊接參數下陰極焊點表面的Cu含量較陽極焊點表面的Cu含量要多,陰極焊點表面有極與陰極焊點之間粘附的強度和粘附的面積要大于陽極與陽極焊點,這與試驗結果也是相符的,在粘附試驗中,陰極總是先于陽極產生粘附而且陰極與陰極焊點的粘附力也大于陽極與陽極焊點的粘附力。
     
      電極頭部及焊點表面形貌及焊點表面Cu的面掃描3分析與討論3.1電極粘附機理在一般的點焊中,焊件與焊件之間之所以能形成點焊熔核是因為在它們之間存在接觸電阻并且有電流通過同樣,在電極與焊件之間也存在接觸電阻和有電流通過,因而電極與焊件之間也存在焊接的可能,只不Cu的面積較陽極焊點表面有Oa的面積要大,說明陰過是電極與焊件的接觸電阻小于焊件與焊件的接觸電阻,并且電極的導熱快(電極的導熱率高并且有冷卻水),使得電極與焊件之間的焊接沒有焊件與焊件之間的焊接容易。在微型點焊中,由于電極沒有冷卻水,故電極與焊件之間產生焊接的可能大于普通的點焊電極與焊件之間的焊接一旦發生,就使得電極和焊件之間的分離必須依靠外力,這就產生了電極粘附力。從0所示不同電極粘附力(焊接電流)下陰極焊點表面的局部詳細形貌看,焊點表面的斷裂基本上產生在局裂區域就越來越多,即電極與鍍鎳板之間的焊接區域越來越多,其焊接的強度越來越高假設電極與鍍鎳板之間的局部焊接強度為e,局部焊接總面積為S,則電極與鍍鎳板之間的結合力為e義當廠小于焊件的重量時,焊件在焊件自身的重量作用下自動和電極分離,此時表現的電極粘附力為0,當巧大于焊件的重量時,焊件不能依靠自身的重量自動與電極分離,必須外加一個力,這就是我們所講的電極粘附力F從部,說明電極與鍍鎳板之間的焊接是局部焊接,并且隨比較0就可以推斷電極粘附力F隨電極與鍍鎳板著焊接電流(電極粘附力)的加,焊點表面的局部斷之間的局部焊接面積加而力口。
     
      中國鋼管信息港記者昨日獲悉:電極壓力對粘附力的影響實質上表現在電極與焊件之間的接觸電阻上,當電極壓力較小時,由于此時的接觸電阻較大,由較大的電阻產生的熱量也較大,要使得電極與焊件之間不產生粘附就只有在較小的焊接電流下才有可能,所以當陰極電極壓力小于24N,不產生粘附的最大焊接電流只有1500A;隨電極壓力的件之間的產熱也減小,使得電極與焊件之間的局部焊接變得困難,因此當陰極壓力加到36N時,不產生粘附的最大焊接電流也加到了1550A(如所示)在試驗的微型點焊中,由于陰極的壓力小于陽極的壓力,導致陰極與焊件之間的電阻大于陽極與焊件之間的電阻,所以陰極與焊件之間的產熱大于陽極與焊件之間的產熱,因而陰極的粘附較陽極要嚴重當陰極與陽極之間的間距小于1. 5mm時,陽極的溫度場和陰極的溫度場相互疊加,所以隨電極間距的減小,電極和焊件之間的溫度大,要不產生電極粘附,只有降低焊接電流,所以隨電極間距的減小,不產生電極粘附的最大焊接電流也減小;當電極間距大于1.5mm時,陽極的溫度場和陰極的溫度場相互之間基本不影響,所以再加電極間距,不產生電極粘附的最大焊接電流也不變化(如所示)4結論(1)鍍鎳鋼板和鎳板微型點焊時電極粘附的機理是電極和鍍鎳板之間的局部焊接,電極粘附力隨電極與鍍鎳板之間局部焊接的面積的加而力口。
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