★超聲波焊接論文摘要范文超聲波焊接論文摘要寫

超聲波焊接論文摘要范文超聲波焊接論文摘要寫 為了解決當前聚合物MEMS器件鍵合技術中存在的問題,將塑料超聲波焊接技術引入聚合物微器件鍵合領域,從而形成了一種新的MEMS鍵合工藝超聲波鍵合.目前廣泛應用于聚合物加工的塑料超聲波焊接技術具有不需要焊劑和外部熱源、對焊件破壞輕、焊接時間短、焊接影響區(qū)域小等優(yōu)點,超聲波聚合物MEMS器件鍵合是塑料超聲波焊接技術從宏觀器件到微觀器件的一次應用范圍上的拓寬.簡述了塑料超聲波焊接和MEMS器件超聲波鍵合技術的國內外研究發(fā)展現(xiàn)狀.采用MEMS加工工藝制作了帶有鍵合接頭的PMMA微流控芯片,并利用超聲波塑料焊接機實現(xiàn)了高強度密封鍵合試驗.然而,與宏觀器件的焊接相比超聲波MEMS鍵合存在著因結構微型化而產(chǎn)生的特殊技術問題,文章對這些問題進行了討論. 文摘從焊接材料、工藝參數(shù)、焊接面連接形式等方面綜述了塑料超聲波焊接對焊接質量的影響規(guī)律.低熔點、高表面摩擦系數(shù)的材料容易進行焊接,焊接質量主要受焊接時間、壓力等因素的影響,導能筋及連接層的引入有利于提高焊接質量,并指出了塑料超聲波焊接的發(fā)展方向. 層疊式鋰電池作為新能源汽車的動力,其關鍵材料及制造工藝的研發(fā)是當前的熱點問題.鋰電池制造主要包括制漿、涂布、焊接、裝配、化成等工序,而焊接工序作為鋰電池制造工藝中的關鍵一環(huán),被應用于鋰電池鋁/銅正負集流體、極片以及電池封裝等多個位置的連接,任何焊接接頭缺陷都將顯著影響鋰電池性能的一致性.因此,如何保證鋰電池金屬極片的焊接接頭質量是目前鋰電池制造中亟待解決的關鍵問題之一. 超聲波金屬焊接作為一種優(yōu)質、高效、低耗、清潔的固相連接技術,適用于鋁/銅等高導電、導熱材料的連接,已得到國內外汽車制造商和鋰電池制造企業(yè)的關注.然而,由于受材料屬性（鋁/銅/鎳等）、材料厚度（10m-1mm）變化的影響,焊接過程中摩擦產(chǎn)熱、塑性變形的影響機制尚不明確,引起超聲波焊接接頭質量一致性差,工藝參數(shù)選擇范圍小等問題. 針對上述問題,本文首先建立了鋁/銅金屬極片超聲波焊接實驗系統(tǒng),研究了焊頭面積、焊頭齒深、壓力、振幅、時間等工藝參數(shù)對接頭強度的影響規(guī)律.其次,采用紅外熱成像方法研究焊接過程中焊頭-工件接觸區(qū)溫度的變化規(guī)律,揭示焊接過程的摩擦產(chǎn)熱行為及其對接頭形成的影響.再次,研究焊接過程中工件與工件接觸界面間塑性變形規(guī)律,揭示塑性變形對接頭形成的作用機制.最后,建立基于響應面法的焊接工藝參數(shù)優(yōu)化模型,獲得最優(yōu)焊接工藝參數(shù),以提高接頭質量.本文的主要研究內容及結論如下： （1）焊頭-工件接觸區(qū)溫度試驗研究 針對極片超聲波焊接過程中的摩擦生熱,研究了工藝參數(shù)對焊頭-工件接觸區(qū)溫度的影響規(guī)律,根據(jù)焊頭-工件接觸區(qū)溫度的變化監(jiān)測超聲波焊接接頭強度的變化,以實現(xiàn)接頭質量的在線檢測.結果表明：焊接過程中被焊材料未達到熔點,極片超聲波焊接為固相連接,而不是熔化連接.當接觸區(qū)溫度等于臨界值時,接頭強度最高；接觸區(qū)溫度低于和高于臨界值,都會降低接頭強度.0.2mm銅/銅、鋁/鋁、鋁/銅超聲波焊接過程中的臨界溫度分別為179.5、77.4、79.1. （2）工件與工件結合區(qū)塑性變形試驗研究 采用金相檢驗、SEM、EDS等方法,實驗研究了工藝參數(shù)對極片超聲波焊接接頭工件與工件結合區(qū)塑性變形的影響規(guī)律.結果表明：銅/銅、鋁/鋁同種金屬焊接時,工件與工件接合區(qū)受塑性變形的作用,形成機械嵌合連接.鋁/銅異種金屬焊接時,接合區(qū)未形成穩(wěn)定的金屬間化合物,但存在元素擴散現(xiàn)象.提出采用有效厚度和有效連接長度表征結合區(qū)塑性變形的方法,增大焊接壓力、焊接振幅、焊接時間都能夠提高接頭有效連接長度.最后,建立塑性變形與接頭強度的定量關系模型,確定臨界有效連接尺寸. （3）基于響應面法的超聲波焊接工藝參數(shù)優(yōu)化方法 以鋁/銅材料超聲波焊接為例,采用響應面和均勻試驗設計方法,建立焊頭面積、焊頭齒深、焊接壓力、焊接振幅、焊接時間等參數(shù)與接觸區(qū)溫度的響應面模型,得出焊頭齒深、焊接時間是影響工件溫度的主要因素.考慮工件的臨界溫度,獲得鋁/銅連接的最優(yōu)參數(shù),焊頭形貌為面積33.65mm2,齒深0.31mm；采用中等焊接壓力、大焊接振幅、短焊接時間能夠得到高質量連接接頭,最優(yōu)參數(shù)為1.52kN,24.4m,0.067s. 介紹了鋁合金、鎂合金的國內外超聲波焊接的最新研究現(xiàn)狀,分析了各種工藝方案的特點與效果.以往的研究結果表明:焊前用乙醇潤濕鋁合金表面可提高其超聲波焊接性,而對于鎂合金則通過鹵化處理可以有效地提高其超聲波焊接接頭強度,采用一定的釬料對鋁合金、鎂合金進行超聲波釬焊能較好提高其接頭力學性能.并指出了超聲波釬焊將成為今后鋁合金、鎂合金等輕金屬超聲波焊接的發(fā)展方向. 現(xiàn)代汽車工業(yè)需要生產(chǎn)出更安全和更可靠的產(chǎn)品來滿足政府和消費者的需求,為了提高燃油經(jīng)濟性并減少尾氣排放,輕量化車身是一個很好的解決方案.所以越來越多的輕質材料如鋁合金、鎂合金,尤其是尼龍及尼龍復合材料被使用在車身上來減輕汽車的重量.碳纖維增強尼龍復合材粒是一種高性能的新型材料,它具有優(yōu)異的力學性能,強度高,比重小,可廣泛用于汽車工業(yè),航空航天等新興領域.在汽車生產(chǎn)中獲得一種高效可靠的連接方法用于尼龍復合材料十分必要.超聲波焊接是一種有效的熱塑性塑料的連接手段,焊接具有速度快、效率高、能耗低,操作方便,宜于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點,在汽車、電子等領域得到了廣泛應用.因此,對于碳纖維增強尼龍復合材料,超聲波焊接是可能是一種有效的連接方法.本工作首先研究超聲波的焊接參數(shù)如時間,壓力等對碳纖維增強尼龍66復合材料焊接強度的影響,發(fā)現(xiàn)在0.15MPa下,2.1s時可是達到最佳的焊接強度.其次對焊接接頭的微觀結構,焊接過程進行系通研究.焊接接頭的結構可以分為基體區(qū),熱影響區(qū),熔合區(qū).熔合區(qū)的厚度增加會使焊接的強度提高,當焊接能量過多時,焊接接頭的上表面塌陷,多孔區(qū)的厚度增加,都會造成焊接接頭的強度下降.為了得到適合的焊接質量控制方法,以焊核的尺寸來評估焊接質量的好壞,在合適的焊接參數(shù)下,焊核面積要達到380mm2才能夠使焊接強度滿足要求,達到5.2k N以上.在尼龍66中加入短碳纖維能夠使復合材料的拉伸強度,拉伸模量都有較大提高,改善尼龍66的性能.通過DMA分析,發(fā)現(xiàn)隨著碳纖維含量的增加,復合材料儲能模量和損耗模量增加.儲能模量高可以使更多的振動能量被傳遞到焊接面,損耗模量高在焊接過程中可以使材料將更多的振動能耗散為熱能.碳纖維質量分數(shù)為30 mass%復合材料,在兩板的焊接界面吸收更多的能量,熔合區(qū)的厚度較大,熔合區(qū)的碳纖維含量也較多,焊接接頭具有較高的焊接強度.碳纖維質量分數(shù)為30 mass%復合材料焊接結頭多為焊接面剝離失效,40 mass%復材料焊接接頭的失效形式為板材斷裂,而尼龍66焊接接頭為混合失效.因此,碳纖維質量分數(shù)為30 mass%的尼龍66復合材料具有最佳的超聲波焊接性能. 超聲波塑料焊接是一種經(jīng)濟、高效、環(huán)保的熱塑性塑料連接新工藝,有極大的推廣應用前景.對超聲波塑料焊接已有的研究大都只是集中在提高焊接強度方面,超聲波塑料焊接的焊接基礎理論和工藝規(guī)范還比較欠缺,對焊接精度和超聲波塑料精密焊接的研究基本上還是空白,制約了超聲波塑料焊接技術的發(fā)展. 進行了1 mm厚鋁/銅異種金屬超聲波焊接試驗研究,分析了不同焊接能量輸入對接頭形貌、接合區(qū)塑性變形、原子擴散的影響.結果表明,工件在高頻振動作用下,連接界面間會發(fā)生漩渦狀塑性變形,形成局部機械自鎖,有助于實現(xiàn)超聲波接頭的有效連接.焊接能量較小時,結合區(qū)域塑性變形量小,局部區(qū)域無法形成連接,焊接能量過大時,接合區(qū)域會出現(xiàn)空穴.SEM和EDS分析表明,能量過高時(2 000 J),接觸界面區(qū)域會形成薄金屬間化合物層,其主要成分為Al4Cu9. 采用數(shù)值仿真和試驗研究了超聲波塑料焊接過程中不同特征溫度段的產(chǎn)熱機理.利用有限元法(FEM)對聚*丙烯酸甲酯(PMMA)材料超聲波焊接過程中的粘彈性熱以及摩擦熱進行了計算.基于計算結果,提出了摩擦熱是焊接過程的啟動熱源,粘彈熱是焊接過程主要熱源的觀點.制備了相應的試件并搭建測溫系統(tǒng)對焊接過程進行測溫試驗,試驗結果驗證了仿真結果的正確性.對焊接過程中的產(chǎn)熱機理給出了更清晰的解釋,有助于超聲波塑料焊接技術進一步在精密焊接領域的應用. 制造業(yè)是國家經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一,市場對快速設計、開發(fā)和制造新產(chǎn)品要求越來越高,快速成型技術作為制造領域中的一個新工藝,為企業(yè)適應市場環(huán)境提供了新方法,而其中的分層實體制造技術因其成本低廉、成型精度高、效率高等特點而備受關注.目前,分層實體制造多以紙、陶瓷箔或金屬箔為造型材料,本文結合國內外研究狀況,根據(jù)現(xiàn)有分層實體制造的工藝特性,提出基于超聲波焊接的PE(聚乙烯)木粉復合材料分層實體制造技術.利用激光將造型材料按照模型需求切割成指定形狀,然后再進行超聲波焊接.對比木塑復合材料常用切割和連接方式,提出了激光切割技術結合超聲波焊接PE/木粉復合材料的快速成型方法,研究激光切割和超聲波焊接過程中的質量影響因素,確定切割和焊接影響因素測定方案.利用正交試驗法確定激光切割PE/木粉復合材料主要影響因素的最佳參數(shù)組合,通過超聲波多組焊接PE/木粉薄片的試驗,結合材料焊接效果確定焊接最佳參數(shù),并利用該參數(shù)進行分層累加焊接成型.利用簡化后的模型分析了成形件的層間應力和翹曲變形情況；通過對比試驗測試了成形件的熱濕性能,得出其強度變化曲線.測試結果證明了超聲波焊接PE/木粉復合材料分層實體制造的可行性,且成形件具有良好的性能.結合彈塑性理論,利用ANSYS有限元軟件建立模型,確定邊界條件,分析超聲波焊接PE/木粉復合材料的過程,模擬了材料層間受力情況,得到超聲波焊接過程中聲極和零件的應力分布情況,以及焊接層間受力的位移和應力變化,為后續(xù)研究奠定基礎.這種新型的分層實體制造成型方法,所用材料安全環(huán)保、成本低,焊接快速方便、不產(chǎn)生焊渣、污水、有害氣體等廢物污染,是一種節(jié)能環(huán)保又高效的方法.論文的研究結果說明了超聲波焊接PE/木粉復合材料分層實體制造工藝的可行性,具有一定的探究和實用價值. 膠粘鋁蜂窩因其重量輕、密度小、強度高、剛度大、性能穩(wěn)定及抗撕裂性好等特性,在交通運輸行業(yè)、家用電器、燈飾行業(yè)、家具行業(yè)、音響行業(yè)、裝飾材料、建筑等工業(yè)領域得到廣泛的應用.然而,其膠粘處節(jié)點熱強度低、力學性能不足、鋁蜂窩格子不規(guī)整性、使用壽命短及工作環(huán)境等問題都受膠粘劑本身特性影響,在許多領域顯現(xiàn)出來,限制其應用的范圍.因此提出了超聲波焊接鋁蜂窩芯的制備方法,以便用來改進其現(xiàn)有的不足.通過超聲波焊接鋁蜂窩芯的新工藝方法,焊接接頭能形成金屬分子間熔融結晶,其節(jié)點熱強度、力學性能遠高于膠粘蜂窩芯. 本文采用鋁合金箔材作為原材料,利用金屬塑性精確成形法制作波紋鋁箔,運用超聲波金屬焊接技術制備鋁蜂窩芯,對波紋鋁箔的成形方法及超聲波焊接鋁蜂窩技術進行研究,主要的研究內容及結果如下： (1)波紋鋁箔成形方法研究,主要研究波紋鋁箔成形的工藝流程,用數(shù)據(jù)仿真及多項式曲線擬合函數(shù)得到分度圓半徑與齒頂角之間函數(shù)關系,并進一步推導得到回彈角的計算公式.結合金屬塑性成形有限元分析軟件對其波紋鋁箔成形過程進行數(shù)值模擬,確定其齒形主要參數(shù),并進行成形模具的結構設計. (2)用滾壓彎曲成形法制備波紋鋁箔,依據(jù)研究得到波紋鋁箔成形方法作為指導,設計制造波紋鋁箔成形裝置.做波紋鋁箔成形滾壓彎曲實驗,測量其波紋鋁箔的尺寸幾何數(shù)據(jù),并與波紋鋁箔理論設計值進行比較與分析.通過對測量得到數(shù)據(jù)進行分組與數(shù)據(jù)處理,總結歸納出可能影響波紋鋁箔成形質量的各種因素. (3)通過超聲波手動焊接鋁蜂窩芯的初步試驗,研究超聲波焊接鋁蜂窩芯的原理,對其初步試驗得到鋁蜂窩芯進行數(shù)據(jù)測量與數(shù)據(jù)分析,并與鋁蜂窩理論設計值進行比較與分析,總結各種影響超聲波焊接鋁蜂窩芯質量原因. (4)超聲波自動焊接鋁蜂窩