高硅鋁合金激光焊接頭組織性能研究及溫度場數(shù)值模擬.pdf

1、高硅鋁材料近年來被廣泛用于電子元器件封裝上，但其焊接性能差，具有較高的裂紋和氣孔形成傾向。脈沖激光焊的線能量較低、焊速快、熱影響區(qū)小，可以減少熱沖擊，適用于微型件與精密元器件的焊接。
　　本文利用固體脈沖激光焊機(jī)進(jìn)行高硅鋁合金激光焊接實(shí)驗(yàn)，并采用數(shù)值模擬方法分析焊接時的溫度場，探索適用于噴射沉積型高硅鋁合金的激光焊接規(guī)范。通過對比三種不同焦距透鏡的焊縫尺寸和成形質(zhì)量，確定采用焦距為120mm的透鏡，離焦量為+1mm。采用單一變量法

2、，確定較優(yōu)的激光焊接規(guī)范參數(shù)。
　　Al-27Si合金和Al-50Si合金母材組織主要是α-Al基體和初晶硅;焊縫組織為初生硅和鋁硅共晶體;熱影響區(qū)組織為粗大的硅和鋁硅共晶。焊縫區(qū)組織比母材組織更細(xì)小均勻，熱影響區(qū)組織差異最大，是焊縫的薄弱部位。Al-27Si和Al-50Si合金焊縫區(qū)硬度均大于母材硬度，母材與焊縫中硬度波動不大，熱影響區(qū)的顯微硬度值波動較大。
　　熱模擬中隨加熱溫度的升高，高硅鋁合金焊縫區(qū)域中硅顆粒長大，逐

3、漸出現(xiàn)鋁硅共晶組織，氣孔缺陷的數(shù)量也逐漸增加。模擬結(jié)果表明，控制焊接熱輸入，減少焊縫組織的高溫停留時間，能夠避免組織中缺陷以及晶粒粗化。
　　通過比較選用高斯面熱源和三維錐體熱源的組合熱源模型，獲得了激光焊接過程的溫度場分布結(jié)果。隨著焊接電流的增大，熔池的尺寸明顯增大，焊縫附近的高溫區(qū)域逐漸擴(kuò)大，焊件的整體溫度上升。隨著焊接速度的增大，焊縫的熔深有了明顯的減小，焊縫附近的高溫區(qū)域逐漸減小，焊縫整體溫度也逐漸降低。激光焊接過程中，母