环境应力影响下球栅阵列封装焊球仿真分析与力学性能研究

高密度、高性能集成电路主要封装技术采用球栅阵列封装(ball grid array,BGA),其高密度Sn-Pb焊球在极端高、低温及湿热环境的影响下可靠性无法保证。为解决温度变化产生的热膨胀问题,笔者通过有限元仿真计算BGA电路中焊球在高、低温交替循环应力下瞬态黏塑性应变范围,并采用改进的Coffin-Manson经验方程计算器件在温度循环试验下的热疲劳寿命;此外,进一步采用准静态剪切和拉脱试验分析分别经过温度循环及高压蒸煮环境试验后焊球的力学性能,同时采用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和能谱分析仪(energy dispersive spectroscopy,EDS)对焊球切面进行分析。研究表明:焊球在温度循环试验下具有较长的疲劳寿命,在不考虑焊球导电与连接性能的前提下,适当环境应力的影响可促使焊球与焊盘界面区域金属间化合物的生成,有效增强了焊球的剪切力学性能。

马氏体不锈钢薄板电阻点焊技术研究进展

马氏体不锈钢电阻点焊性能较差的特性阻碍了其在薄板结构上的应用。笔者对比马氏体和奥氏体不锈钢的物理和力学特性,分析了马氏体不锈钢电阻点焊性能差的根源;综述了马氏体不锈钢薄板电阻点焊技术研究现状,包括点焊接头的微观组织形成机理、接头的力学性能和断裂模式等。笔者特别关注了一些改善马氏体不锈钢点焊性能、提高马氏体不锈钢接头承载能力的工艺方法,如引入二次脉冲电流改善熔核韧性、引入中间层改变熔核组织、采用复合连接技术等,并对这些技术措施的应用前景进行了展望。

基于磁特性参数的细观尺度下物理短裂纹扩展表征

细观尺度下,物理短裂纹扩展阶段占整个疲劳寿命的比例通常很高,扩展速率相对于长裂纹更快,对材料已经构成潜在危险。传统的无损检测技术不能有效地检测物理短裂纹等早期隐性损伤,因此,引入能够检测早期隐性损伤和应力异常集中的金属磁记忆技术对物理短裂纹扩展进行表征探索。针对细观尺度下物理短裂纹扩展特异性带来的参数表征难题,在细观实验基础上研究基于磁特性参数的物理短裂纹扩展表征规律与表征模型。以Q235钢三点弯曲试件为试验材料,采用TSC–5M–32金属磁记忆检测仪并配合LWD–1000长距离显微镜,原位观测并记录裂纹扩展演化过程及磁特性参数,获得在细观尺度下磁特性参数对物理短裂纹扩展的表征规律。结果表明:当长度为0~100μm时,短裂纹相互竞争,其扩展速率不断增加并出现峰值,磁场强度法向分量Hp(y)由–26.875 A/m变成7.250 A/m,出现极性跳变;切向分量Hp(x)由–17.24 A/m变成–68.78 A/m,绝对值大幅增加。当长度为100μm时,短裂纹汇聚形成主裂纹,裂纹扩展速率放缓,Hp(x)和Hp(y)剧烈跳变,合成ΔHp出现峰值。当长度为100~1 000μm时,主裂纹扩展速率再次变大且不断增加,Hp(y)与Hp(x)再次出现极性跳变与绝对值大幅增加,合成ΔHp呈上升趋势。进一步地,在实验数据基础上,基于磁特性参数分别建立细观尺度下短裂纹扩展速率、剩余寿命的表征模型,验证结果表明,模型中短裂纹扩展速率、剩余寿命的最大相对误差分别为6%、4%,为工程实际中早期隐性损伤的表征与评价提供了思路。

基于内聚力模型的气波机振荡管T型钎焊接头峰值载荷分析

基于内聚力模型开发VUMAT子程序,用于气波机钎焊接头界面峰值载荷分析。根据拉伸剥离试验确定T型钎焊接头试样的临界内聚能,分析焊缝缺陷对峰值载荷的影响。结果表明:T型钎焊接头试样的临界内聚能为25 mJ/mm2。通过对焊缝缺陷模型的分析,发现峰值载荷随着焊缝缺陷长度的增加而减小,随焊缝缺陷沿x轴正方向位置[0 mm→5 mm→10 mm]逐渐增大。故为保证钎焊质量,焊缝缺陷不宜出现在T型钎焊接头试样前端部位。

基于改进粒子群的焊点检测路径规划方法

针对电路板的焊点检测路径优化问题,提出一种改进的粒子群优化算法。在粒子进化过程中,根据时间函数的变化,调整粒子进化参数组合。在焊点空间路径规划过程中,将最小时间函数作为移动准则。在当前焊点检测点,建立路径规划时间函数,利用改进粒子群算法求取时间函数最小点,作为下一路径点,从而逐步得到焊点移动路径。仿真结果表明,利用所提方法可以规划出一条有效最优路径,进行完成焊点路径规划任务。同时实验结果表明,相对于其他粒子群算法,该算法具有较好的收敛精度,且收敛速度可控。

TiAl/IN718合金过渡液相连接

采用过渡液相TLP(TransientLiquidPhase)连接技术 ,以金属Ti,Cu ,Ni箔构成复合焊料连接TiAl和IN71 8合金 .研究了保温时间对接头界面结构的影响 .实验结果表明 :采用Ti Cu ,Ti Ni复合焊料可以制备无缺陷的接头 ,但 2种焊料形成液相的过程和机理不同 .由于在等温凝固过程中 ,从IN71 8合金中扩散过来的合金元素可在焊缝区聚集 ,从而在接头中形成亚层结构 .通过对接头焊缝区的组织分析和硬度测试表明 ,在实验条件下Ti Ni焊料的等温凝固过程持续时间比Ti

9800焦炭塔结构的模态分析和振型研究

某石化公司9800焦炭塔是国内最大的焦炭塔,塔裙连接处采用一种新型的板焊结构,投入使用的一年内,塔裙连接处的应力槽部位出现裂纹。由于生产工艺的要求,焦炭塔的操作条件特别苛刻,因此,对于塔的动力学分析,尤其是进行模态分析得到其固有频率和振型是非常必要的。针对该塔进行模态分析,求得相应的固有频率和振动形式,从而全面地了解结构在操作过程中的自振特性,为进一步分析焦炭塔的动力学响应奠定了基础。

CRDM异种金属焊缝射线检测疑似缺陷的评定分析

控制棒驱动机构(CRDM)是核反应堆中的重要设备之一,其密封壳是构成核反应堆压力边界的一部分。密封壳是由两段不同材料(奥氏体不锈钢和镍基合金)筒体通过异种金属焊缝焊接而成的压力容器。产品生产过程中,在对此异种金属焊缝射线检测时发现了疑似缺陷的显示。通过试验验证,阐述了疑似缺陷产生的机理和过程,证明了此疑似缺陷并不影响焊缝的质量。

基于ANSYS的铝锭堆垛机动态性能分析

随着社会对铝需求量的增加,不断要求提高铝锭堆垛机的效率。在堆垛的过程中,铝锭堆垛机的机架起着重要的作用。利用Pro/E软件建立机架的三维有限元模型,然后导入到ANSYS中进行模态分析,得到了机架的前几阶固有频率和振型。了解了现结构的振动不稳定情况,对于改进机架的结构以及避免结构的共振、减少噪声污染将具有重要的意义。

安全卸压管安全端异种金属焊接残余应力影响因素的研究

焊接残余应力是造成接管安全端异种金属焊缝发生应力腐蚀开裂的重要因素。利用有限元方法,主要研究了安全端长度、焊接约束条件和同种金属焊接对异种金属焊接残余应力的影响。结果表明,安全端较短(w/t=0.5)时,安全端侧采用固定约束有利于减小异种金属焊缝内表面的轴向残余拉应力,经同种金属焊接后,异种金属焊缝内表面的轴向残余拉应力会大幅降低;安全端较长(w/t=4.0)时,异种金属焊缝内表面的轴向残余拉应力对安全端侧的约束条件不敏感,经同种金属焊接后,异种金属焊缝内表面的轴向残余拉应力会增大。

N80中段改性石油套管抗内外液压能力分析

套管中段减薄改填碳纤维是N80石油套管开发的一种新生产工艺,该工艺能够减轻套管重量、降低成本。利用ABAQUS有限元分析软件,基于Newton-Raphson接触算法分析了原始套管和改性套管的极限抗管内外液压载荷。结果显示:改进后的N80石油套管可以提高抗内外液压能力。

基于车身轻量化的新型钢铝连接技术研究

应用铝合金等轻质金属材料是实现车身轻量化、降低整车油耗及排放的有效方式。介绍了一种新型的汽车用钢板和铝板连接技术,该技术通过钢钉冲铆铝板和钢钉与钢板点焊工艺实现了钢铝连接,称之为钢铝电阻焊连接(Intelligencte Welding,IW)。较自冲铆连接(Self Pierce Rivet,SPR)和自攻螺纹连接(Flow Drill Screw,FDS),其能在保证连接强度的条件下实现钢铝之间低成本、高品质的连接,具有很好的发展前景。

基于ANSYS的冷却运输机输送链接触有限元分析

利用Pro/Engineer软件建立了冷却运输机输送链的三维实体模型,然后导入到ANSYS软件中。基于ANSYS软件,采用有限元接触分析方法对冷却运输机滚子输送链进行有限元接触分析,找出了输送链的危险区域和薄弱环节,其结果对冷却运输机输送链的优化设计具有一定的指导意义。

不锈钢复合板焊接接头晶间腐蚀失效分析

针对不锈钢复合板焊接接头出现晶间腐蚀裂纹问题,采用光学显微镜、扫描电镜、XRD等技术手段对复合板焊接接头的组织、成分以及相组成进行检测和分析,对焊接工艺规范和热处理制度对焊接接头耐蚀性的影响进行探讨。结果表明,接头焊缝区铁素体含量18.3%,晶粒度9.5级,过渡层焊缝铬的含量9.58%,低于耐蚀性要求;接头产生了σ等硬脆相,这些因素都增大晶间腐蚀敏感性;焊接线能量过大,将降低接头的腐蚀性能;复合板整体消应热处理可以取消。

基于ANSYS的冷却运输机输送链静态特性分析

利用Pro/Engineer软件建立了冷却运输机输送链的三维实体模型,然后导入到ANSYS软件中进行静态特性分析,找出了输送链的危险区域和薄弱环节。其结果对冷却运输机输送链的优化设计具有一定的指导意义。

引水压力钢管自动焊接运动平台设计

采用永磁间隙吸附装置提供吸附力,双轮驱动结构,设计了可用于水电站引水压力钢管对接环焊缝焊接用的永磁吸附运动平台。平台负载能力强,吸附可靠,具有较好的曲面自适应能力,可携带工作装置进行钢管对接自动焊接。

西气东输二线工程X80钢自动焊焊接工艺

为满足西气东输二线工程对管道焊接质量的要求,对现场使用的X80钢管焊接工艺进行了研究。采用STT半自动根焊+PAW2000全位置自动焊填充、盖面焊接方法,在选择的焊接工艺参数条件下,对X80钢管进行了焊接,并对焊接接头的力学性能进行了检测。测试结果表明,接头的各项性能指标均符合Q/SY GJX 0110—2007标准,选定的焊接工艺完全满足现场自动焊施工的技术要求。此工艺已成功用于西气东输二线工程,取得了良好的焊接效果。

薄板铝合金空间曲线焊缝CMT焊接试验研究

针对薄板铝合金三维曲线焊缝较大的残余应力和焊接变形,进行了冷金属过渡(CMT)无垫板自动焊试验研究,分析了电流、焊接速度、弧长修正、保护气流量对焊接过程的影响,进行了接头拉伸性能试验及焊缝微观组织研究,并焊接了变形小的产品。结果表明,利用合理的焊接参数,可实现厚度1.5 mm的5A06铝合金的无垫板CMT焊接,焊缝成形稳定均匀,焊接接头抗拉强度值达到347 MPa,接头断裂位置在热影响区。无垫板CMT焊接技术可用于薄板铝合金空间曲线焊缝的焊接。

客车蒙皮组焊件焊接工艺的改进

针对西安某汽车厂客车蒙皮组焊件焊接采用CO2气体保护焊生产率低、焊接变形大、表面处理难度大、质量难以保证的问题,本文作者对其进行了工艺改进,通过采用全自动缝焊焊接工艺及选择合理的工艺规范参数,在保证结构和强度的前提下,使蒙皮组焊件焊接表面质量大幅提高,劳动强度大幅下降,生产率提高数倍。

基于模糊c均值聚类算法的焊缝缺陷等级磁记忆定量识别

针对磁记忆检测技术在焊缝缺陷等级定量识别中模糊性和分散性的难题,提出以模糊c均值聚类算法为理论基础的焊缝缺陷等级磁记忆定量识别模型。以Q235焊接试件为试验材料,进行疲劳拉伸试验。对比X射线检测定量标准,确定磁记忆焊缝缺陷量化等级,提取不同等级的磁记忆信号征参数向量,通过训练样本的学习选取最优模糊加权指数m,建立了基于模糊c均值聚类算法的焊缝缺陷等级磁记忆定量识别模型。模型验证结果表明,预测损伤等级的准确率达到了90%,为实际工程中准确区分焊缝缺陷等级提供理论依据和新的思路。