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    钢板和镍板微型点焊时电极粘附机理的研究

    2019-01-09   来源:   点击数:34次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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     中国钢管信息港记者昨日获悉:数学模型及理论基础在传统的有限元中所涉及到的位移,仅指由变形而引起的相对位移,且要保持变形连续而不允许出现刚体位移,但米用MCA方法研究体胞之间的相互作用关系时,不仅允许体胞之间有相对位移而且允许体胞之间产生刚体位移,还可允许体胞之间有相对转动,也就是说,可以描述模拟试样系列体胞从受载到断裂的整个动态演化过程。相邻体胞为了描述各体胞之间的动态过程,须引入体胞之间的重叠参数妒,
     
     镀镍钢板和镍板微型点焊时电极粘附机理的研究(1.湖北汽车工业学院材料系,湖北十堰442002;2.加拿大滑铁卢大学机械工程系,Ontario,N2L3G1,Cana(ia)粘附力的影响规律结果表明:镀镍钢板和镍板微型点焊时电极粘附的机理是电极和镀镍板之间的局部焊接,电极粘附力随电极与镀镍板之间局部焊接面积的增加而增加;电极粘附力随点焊电流和点焊时间的减小而下降。此外,电极压力和电极间距对电极粘附力也有一定的影响微型点焊广泛应用于微电子、通信及医疗器件的连接和组装在微型点焊中,电极与焊件的粘附和电极的失效是微型点焊过程中两大问题,粘附会造成焊接速度下降,严重时导致组装的器件毁坏。基于此,本文对镀镍钢板和镍板微型点焊时电极粘附的机理进行了较详细的研宄1试验方法微型点焊采用HF2型直流焊接电源和88A微型点焊机,焊接示意图见由于采用直流电源,热电偶现象导致了阳极的产热大于阴极的产热,使得阳极焊接微型点焊示意图产生的焊点直径大于阴极焊接产生的焊点直径,为了保证每次焊接得到的两个焊点直径相同,只有通过大阳极的压力或减小阴极的压力来实现,因此焊接规范中两个电极的压力不相同。焊接所采用的电极形状见,镍低碳钢板,镀镍层厚为h71;下焊件为0.3mm厚的镍板。在焊接过程中,当电极和焊件粘附在一起时,用弹簧秤的拨杆分离电极和焊件,从而测得电极粘附力,弹簧秤的满刻度是3.5N电极粘附一般发生在电极开始使用时的前一百点,大约在200点以后就可以忽略了基于此,为了便于试验,电极粘附试验只试验电极开始使用时的前200焊点或当电极粘附发生严重粘附时就停止该电极试验(严重粘附的定义是连续20焊点的粘附力大于3.5N)为了试验焊接电流I焊接时间f焊接压力P和电极间距l对电极粘附力的影响焊接电流从800A变化到产生严重粘附为止,间隔为10A;焊接时间从1ms变化到产生严重粘附为止,间隔为1ms;电极压力(P*//阴)分别为24NH8N,36N/24N和48N/36N;电极间距分别为0.5mm,1.5mm,2.5mm和3.5mm为了检测焊点的撕裂强度,焊接如所示的剪切试样,在RomulusUniversalMate-ialsTester上测量焊点的撕裂强度对没有发生和发生粘附的电极头部和焊点表面进行扫描电镜观测和能谱分析。
     
      中国钢管信息港记者昨日获悉:电极材料为Cu~0.8物电极形状示意图*:2002~03-22 CH0.05%Zl.U82型合金)上焊件为0.imm厚的镀:董仕节(溯北监利人,副t士后试验研宄检测阳焊点检测阴极焊点撕裂强度eKrC撕裂舰剪切试样2试验结果是在镀镍钢板和镍板微型点焊时电极粘附力随焊点变化的关系曲线,和前面提到的相同,在刚开始时电极粘附力最大而且产生粘附的频率也最高。
     
      是焊接电流对阴极焊点的撕裂强度和电极粘附力影响的曲线,按工艺要求,阴极焊点的撕裂强度应大于2 0N,从可看出,当/> 1000A时,焊点就满足工艺要求;当/<1480A时电极粘附力为零,当/>1480A时,随焊接电流的加电极粘附力逐渐提高,/达到1600A时,电极粘附力己达到了弹簧秤的满刻度3. 5N,此后加电流,电极粘附力还会加,只是没有测量其大小焊接时间对电极粘附力的影响见,其影响规律和焊接电流基本相同,在t< 14ms时电极粘附力为零,当f<14ms后随f的电极粘附力随焊点数变化曲线焊接电流对阴极焊点撕裂强度和电极粘附力影响焊接时间对电极粘附力的影响加电极粘附力力口。
     
      是电极压力对不产生电极粘附的最大焊接电流的影响曲线可看出,当P阴<24N时,不产生粘附的最大焊接电流基本保持在1 500A的水平,当P阴= 36N时,不产生粘附的最大焊接电流有所提高。
     
      是电极间距对不产生电极粘附的最大焊接电流影响曲线,可看出,不产生粘附的最大焊接电流在l< 1.5mm时随间距大而大,在/> 1.5mm后,不产生粘附的最大焊接电流基本保持在1500A的水平。
     
      电极压力对不产生粘附电极间距对不产生粘附的最大焊接电流的影响最大焊接电流的影响是电极与镀镍钢板粘附后分离的电极头部表面和焊点表面的典型断裂形貌及焊点表面Cu的面扫描。可见,电极头部表面的形貌和所焊焊点的表面形貌有很好的对应,说明电极头部和所对应的焊点在点焊时己经结合成了一个整体,在外力的作用下,沿结合力最薄弱的连接处分离,留下相对应的两个断裂断口在焊点表面有Cu,在电极头部表面只有很少的Ni和Fe,说明电极粘附后的断裂基本上是在沿电极头部表面进行的(因电极的强度比镀镍板的强度低),此外还可看出,在相同的焊接参数下阴极焊点表面的Cu含量较阳极焊点表面的Cu含量要多,阴极焊点表面有极与阴极焊点之间粘附的强度和粘附的面积要大于阳极与阳极焊点,这与试验结果也是相符的,在粘附试验中,阴极总是先于阳极产生粘附而且阴极与阴极焊点的粘附力也大于阳极与阳极焊点的粘附力。
     
      电极头部及焊点表面形貌及焊点表面Cu的面扫描3分析与讨论3.1电极粘附机理在一般的点焊中,焊件与焊件之间之所以能形成点焊熔核是因为在它们之间存在接触电阻并且有电流通过同样,在电极与焊件之间也存在接触电阻和有电流通过,因而电极与焊件之间也存在焊接的可能,只不Cu的面积较阳极焊点表面有Oa的面积要大,说明阴过是电极与焊件的接触电阻小于焊件与焊件的接触电阻,并且电极的导热快(电极的导热率高并且有冷却水),使得电极与焊件之间的焊接没有焊件与焊件之间的焊接容易。在微型点焊中,由于电极没有冷却水,故电极与焊件之间产生焊接的可能大于普通的点焊电极与焊件之间的焊接一旦发生,就使得电极和焊件之间的分离必须依靠外力,这就产生了电极粘附力。从0所示不同电极粘附力(焊接电流)下阴极焊点表面的局部详细形貌看,焊点表面的断裂基本上产生在局裂区域就越来越多,即电极与镀镍板之间的焊接区域越来越多,其焊接的强度越来越高假设电极与镀镍板之间的局部焊接强度为e,局部焊接总面积为S,则电极与镀镍板之间的结合力为e义当厂小于焊件的重量时,焊件在焊件自身的重量作用下自动和电极分离,此时表现的电极粘附力为0,当巧大于焊件的重量时,焊件不能依靠自身的重量自动与电极分离,必须外加一个力,这就是我们所讲的电极粘附力F从部,说明电极与镀镍板之间的焊接是局部焊接,并且随比较0就可以推断电极粘附力F随电极与镀镍板着焊接电流(电极粘附力)的加,焊点表面的局部断之间的局部焊接面积加而力口。
     
      中国钢管信息港记者昨日获悉:电极压力对粘附力的影响实质上表现在电极与焊件之间的接触电阻上,当电极压力较小时,由于此时的接触电阻较大,由较大的电阻产生的热量也较大,要使得电极与焊件之间不产生粘附就只有在较小的焊接电流下才有可能,所以当阴极电极压力小于24N,不产生粘附的最大焊接电流只有1500A;随电极压力的件之间的产热也减小,使得电极与焊件之间的局部焊接变得困难,因此当阴极压力加到36N时,不产生粘附的最大焊接电流也加到了1550A(如所示)在试验的微型点焊中,由于阴极的压力小于阳极的压力,导致阴极与焊件之间的电阻大于阳极与焊件之间的电阻,所以阴极与焊件之间的产热大于阳极与焊件之间的产热,因而阴极的粘附较阳极要严重当阴极与阳极之间的间距小于1. 5mm时,阳极的温度场和阴极的温度场相互叠加,所以随电极间距的减小,电极和焊件之间的温度大,要不产生电极粘附,只有降低焊接电流,所以随电极间距的减小,不产生电极粘附的最大焊接电流也减小;当电极间距大于1.5mm时,阳极的温度场和阴极的温度场相互之间基本不影响,所以再加电极间距,不产生电极粘附的最大焊接电流也不变化(如所示)4结论(1)镀镍钢板和镍板微型点焊时电极粘附的机理是电极和镀镍板之间的局部焊接,电极粘附力随电极与镀镍板之间局部焊接的面积的加而力口。
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