不锈钢芯板钎焊残余应力的有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,采用热弹塑性有限元分析法对不锈钢芯板钎焊残余应力的大小及分布规律进行研究,并分析了各应力分量对钎焊接头区域的影响,最后探讨了钎料厚度、芯管厚度等8种因素对钎焊残余应力的影响。结果显示,不锈钢芯板中的钎焊残余应力主要集中分布在钎焊接头区域,在钎缝处有着较大的应力梯度。在钎缝处的纵向残余拉应力数值较大,是影响钎焊接头可靠性的主要因素。钎料厚度、搭接宽度及钎料种类对钎焊残余应力的影响较大,芯管厚度、面板厚度、芯管直径、芯管间距和钎焊温度对钎焊残余应力的影响很小。     

陶瓷-可伐合金钎焊件残余应力分析

钎焊冷却中产生的热应力是引起钎焊件失效的重要原因。本文采用有限元法对陶瓷-可伐合金钎焊件残余应力进行三维数值仿真,模拟了不同时刻的温度场和残余应力的分布。数值模型考虑了热传导、炉膛壁的辐射、炉膛内的对流、钎料的熔化凝固等对温度场的影响。结果表明,靠近钎缝位置残余应力最大;陶瓷一侧的残余应力数值上比可伐合金一侧的大;陶瓷边缘位置垂直钎缝方向的残余拉应力最大;增加钎料厚度和带有圆弧倒角均有益于降低试样的残余应力。     

6061铝合金与可伐合金钎焊接头残余应力分析

为探究钎焊接头中残余应力分布问题,选用Au80Sn20/Sn63Pb37两种共晶钎料分别钎焊6061铝合金/4J34可伐合金基板,形成钎焊接头进行试验。选取不同的钎焊工艺参数(钎焊温度、钎焊时间等),以研究钎焊工艺对钎缝残余应力分布的影响规律,并进一步对残余应力进行数值模拟和研究。结果表明,残余应力均为拉应力,且靠近可伐合金侧钎缝的残余应力更高,钎焊接头在可伐合金侧钎缝更容易出现断裂;对于Au80Sn20钎料,在相同钎焊温度下,随着钎焊时间的增加,铝合金侧钎缝处的残余应力会略有增大;对于Sn63Pb37钎料,不同的钎焊温度和钎焊时间对数值结果影响不大。X射线残余应力实测结果与计算值的一致性良好,证明了模拟计算结果的正确性,为研究电子产品中轻质合金钎焊接头的可靠性提供了一种有效方法。     

金刚石与硬质合金钎焊接头应力场分析

采用ANSYS有限元数值模拟软件，运用瞬态非线性分析的方法，模拟出以Ag—Cu—Ti为钎料的金刚石与硬质合金钎焊接头的焊后应力场，并预报出钎缝厚度对钎焊接头应力大小和分布的影响，从而分别得出焊后金刚石层、钎料层与硬质合金区域的应力场分布，通过对应力场彩云图以及数据组的综合分析，找到焊后应力集中的危险区域；在数控真空钎焊炉中进行钎焊试验，由于施加压力的不同，得出钎缝厚度不同的焊接试件。而后进行抗剪强度试验，得出了钎料层厚度并不是越厚越好，而是存在一个最佳值的规律，计算所得规律与试验结果基本吻合。     

不锈钢板翅结构钎焊残余应力及其影响因素

利用有限元软件ABAQUS,对不锈钢板翅结构在真空钎焊过程中产生的残余应力进行有限元分析,讨论钎缝间隙,隔板厚度、翅片内距、翅片内高,翅片厚度、钎焊温度、翅片层数、材料匹配程度以及压力对残余应力的影响.计算结果表明,由于镍基钎料和不锈钢母材力学性能的不匹配,在钎焊接头中产生了较大的残余应力.钎角处应力集中且状态复杂,成为最薄弱环节.钎缝间隙、隔板厚度、翅片内距、翅片厚度、材料匹配程度以及压力是残余应力的主要影响因素,钎焊温度、翅片层数以及翅片内高对残余应力的影响不大.     

有限元法在钎焊中残余应力的分析及应用

采用有限元方法研究TC4钛合金和YG8硬质合金异种材料的真空钎焊工艺。根据焊接残余应力场传导方程、边界条件、初始条件,利用ANSYS软件实现焊接残余应力场仿真。采用abaqus6.11软件平台,以镍基钎料为例,基于Mises应力应变准则计算出焊后接头残余应力水平,结果表明残余拉应力集中分布于硬质合金一侧,最高值达1328 MPa。据此推测应力裂纹应产生于钎料/硬质合金侧,理论分析与试验结论一致。试验结果表明,采用有限元法对控制真空钎焊过程中焊缝处的裂纹有重要的指导意义。     

钎缝圆角几何形状对Al-Al_2O_3钎焊件剪切应力分布的影响

异种材料连接结构中由于被连接材料的热膨胀系数不匹配 ,焊后冷却过程将在钎焊件内部导致较大的应力。同时 ,钎缝圆角几何形状对这一热应力分布有重要影响。本文采用有限元数值模拟方法研究了钎缝圆角几何形状对Al-Al2 O3 异种材料钎焊件内部剪切应力分布的影响。计算结果表明 ,钎缝圆角的最佳几何形状为钎缝伸出长度略大于钎缝高度的凹型。     

YG6硬质合金与40Cr钢钎焊接头减应措施研究

用不同厚度的Cu箔、Ni箔作为缓解接头残余应力的中间层材料,以Ag-Cu共晶合金箔为钎料在880℃,10min的工艺参数条件下对YG6硬质合金和40Cr钢进行了真空钎焊试验.研究结果证实,采用Ni箔做中间层能有效地降低接头应力,大幅提高接头强度;Cu箔能有效降低接头残余应力.但Cu本身强度偏低,同时钎焊过程中大量溶解,...     

钎缝圆角几何形状对Al-Al2O3钎焊件剪切应力分布的影响

异种材料连接结构中由于被连接材料的热膨胀系数不匹配,焊后冷却过程将在钎焊件内部导致较大的应力。同时,钎缝圆角几何形状对这一热应力分布有重要影响。本文采用有限元数值模拟方法研究了钎缝圆几何形状对Al-Al2O3异种材料钎焊件内部剪切应力分布的影响。计算结果表明,钎缝圆角的最佳几何形状为钎缝伸出长度略大于钎缝高度的凹型。     

YG13C硬质合金钎焊工艺研究

采用中频感应钎焊工艺，分别用HSCuZnNi和HL105钎料对42CrMo钢和硬质合金YG13C进行钎焊，分析了钎料、冷却方式对钎缝抗剪强度的影响。结果表明，HSCuZnNi钎料钎缝的抗剪强度比HL105大20％，采用缓慢的冷却方式可提高抗剪强度。     

玻璃与金属真空钎焊接头残余应力影响参数分析

玻璃和金属焊接接头由于设计不合理,将致使接头存在较大的焊接残余应力,会严重削弱接头强度.应用顺次耦合有限元热应力计算方法,对平板玻璃和金属在真空条件下的钎焊过程进行了数值模拟,分析了玻璃、金属、钎料厚度、钎焊压力和钎焊温度等因素对应力集中区域残余应力的影响,并观察了焊接接头拉伸断裂后的形貌特征.结果表明,金属厚度增加会增大残余应力,并且其对残余应力影响最显著;钎焊压力和钎焊温度的增加可以降低残余应力;玻璃和钎料厚度对残余应力的影响不大;焊接接头的拉伸断裂区域位于玻璃和金属焊接接头界面贴近玻璃一侧.     

金属/陶瓷发热体直接钎焊接头的应力分析

采用热弹塑性有限元方法,在考虑了材料性能参数随温度变化的情况下,分析了采用Ag-Cu-Ti钎料钎焊Al2O3陶瓷与镍金属丝的钎焊接头,在钎焊和随后再次加热过程中产生的应力大小和分布情况,计算中着重考虑了钎料对接头残余应力的影响.结果表明,在钎料与陶瓷的界面处存在着较大的残余拉应力,影响了钎焊接头的连接强度,并可能在界面的陶瓷侧产生裂纹.通过试验对比,认为在此类连接结构中,钎料是造成接头形成较大残余应力的主要因素.并指出钎料性能参数是决定有限元计算精度的主要因素,要使计算结果与实际情况尽量符合,钎料性能参数的正确选择是关键.     

Finite element modelling of brazed residual stress and its influence factor analysis for stainless steel plate-fin structure

This paper presents a finite element modelling of brazed residual stress in a stainless steel plate-fin structure applied to recuperators in microturbines. The effects of nine influence factors on residual stress are investigated. The results show that the brazed joint creates large residual stresses due to the mechanical properties mismatching between base metal and filler metal. Strength in the middle joint is affected mainly by longitudinal stress. The residual stress gradient around the interface between base metal and filler metal is very large, which can have a great effect on interface strength. The material mismatching, brazing gap, pressure loading, fin pitch, fin thickness, fin height and plate thickness significantly affect the residual stress distribution, while the brazing temperature and the number of fin layers have little impact on residual stress. This work provides a reference for optimizing the brazing procedure and decreasing the residual stress for stainless steel plate-fin structures.     

板翅结构钎焊残余应力与热变形的有限元分析

对微小尺寸的镍基钎焊不锈钢板翅结构在真空钎焊过程中产生的残余应力分布与热变形状况进行研究分析.采用有限元方法对三层结构的钎焊过程进行了热-力分析,分析考虑真空钎焊的加热特点同时考虑板翅材料和镍基钎料与温度相关的材料特性,得到了钎焊过程中结构的温度变化规律以及钎焊后的残余应力分布和热变形特征.结果表明,隔板与翅片具有不同的热变形特征,板翅钎焊接头钎角处应力状况复杂,易萌生裂纹导致板翅结构的失效,需要选择合适的钎焊时间以得到较好的钎焊接头.     

蓝宝石/4J33合金钎焊接头残余应力的数值模拟分析

采用有限元法和弹塑性理论,结合ANSYS15.0软件,对使用Ag-Cu-Ti8为钎料的蓝宝石/4J33合金活性钎焊接头的温度场和应力场进行了数值仿真模拟. 温度场分析得到钎焊接头不同位置降温的快慢情况,应力场分析得到蓝宝石内最大拉应力位于外侧端面,为538 MPa,并向界面延伸,通过实际拉伸试验得出接头断裂部位与模拟结果吻合,当钎料层厚度为150 μm时,径向残余应力最小,因而可以选择适当的钎缝层厚度以减少残余应力,文中的模拟计算结果能有效指导蓝宝石/4J33合金活性钎焊工艺,有利于保证实际接头强度和可靠性.     

含锆Cu-P基非晶钎料钎焊紫铜接头的连接强度及微观组织

采用CuP7.7Sn5.4Ni14Si0.2Zr0.04非晶和常规钎料钎焊紫铜,分析了钎料和接头的微观组织及钎焊工艺对接头强度的影响.结果表明,相对于非晶钎料,常规钎料对钎焊工艺的敏感性更大;在相同的试验条件下,采用非晶钎料钎焊的接头强度比常规钎料提高30%以上;非晶钎料看不到明显的相结构,而常规钎料主要由初生（Cu,...     

Green Synthesis of Highly Pure Nano-Silver Sols—Electrolysis

以两高纯银片作电极,以去离子水为电解液,PVP作为辅助电解质和稳定剂,通过电解法制备了高纯纳米银溶胶.探讨了PVP含量、电解时间、电流密度对形成的纳米银溶胶的影响.结果表明:当PVP质量分数为5％、电解150 min、电流密度为1～2 mA/cm2时,所得球形银粒子的粒径1～3 nm、单分散,浓度达130 μg/g,而且有极好的存放稳定性,室温避光存放6个月无任何可见的变化.     

Formation Process of Joints Brazing with Amorphous Filler Metal

研究了铜基非晶钎料液相的生成和铺展润湿过程。结果表明:非晶钎料由于熔化前固相扩散比较充分,使得钎料中的共晶组织被破坏,生成了大量高熔点的铜固溶体以及铜和镍的化合物,致使非晶钎料产生的液相相对晶态钎料少,因此液相铺展和流动过程较弱。而晶态钎料生成了大量液相,故液相的铺展和流动是晶态钎料钎焊的主过程。由于非晶态钎料非常薄,钎料中原子扩散距离短,有利于快速溶进基材;而普通钎料比较厚,溶解时间较非晶钎料长得多。随钎焊温度的升高和保温时间的延长,钎料残余层的厚度减小。在相同的钎焊温度和保温时间下,非晶态钎料残余层的厚度比晶态钎料小。     

Brazing of doped graphite to Cu using stress relief interlayers

The microstructure and shear strength of brazed doped graphite (DG)/Cu joints by active metal brazing were studied. In order to evaluate the effect of stress relief interlayers on mechanical property, both kinds of joints, joined directly and inserted interlayer between substrates, were fabricated. It was found that directly brazing of DG to Cu was unsuccessful within the experimental conditions applied. A finite element method (FEM) was employed to evaluate the residual stress in the joints. It was found that the residual stress caused by the physiochemical properties mismatch between DG and Cu deteriorated the DG/Cu joints strength severely. FEM results showed that the use of Cu or Mo significantly reduced the residual stress, when comparing to those obtained without interlayer. Results from the FEM simulation also indicated that the combination of oxygen free high conductivity copper (OFHC)/Mo multi-interlayers were very effective to mitigate residual stress in the DG/Cu joints. Brazing experiments using OFHC/Mo/OFHC, OFHC/Ti/OFHC and OFHC/Ni/OFHC multi-interlayer were successful in all employed cases and the average strength of the joints reached 19.2 MPa with OFHC/Mo/OFHC multi-interlayer. TiC formation was found to be responsible for the filler metal/DG adhesion, some intermetallic compounds also detected in the braze seam due to the inter-diffusion of metallic elements.