高速冲击连接技术的研究进展

与传统的熔焊工艺不同,高速冲击连接可以有效地减小热影响区和连续金属间化合物的形成,从而保证结合区域的机械性能,并且几乎能够实现任意金属材料间的连接,具有广阔的发展和应用前景。高速冲击连接可以分为驱动飞板高速移动和冲击连接两个过程,主要包括爆炸连接、电磁脉冲连接、激光冲击连接和汽爆连接四种工艺。简要介绍了四种冲击连接过程的基本原理、特点及应用范围,综述了冲击连接过程中的冶金行为、界面现象、力学性能、焊接工艺窗口和数值模拟等方面的最新进展,分析了目前研究中存在的一些问题,为进一步的研究提供了依据和参考。

旋转冲击连接技术数值模拟方法研究

旋转冲击连接技术是在已有的爆炸焊接工艺的基础上提出的一种异种材料连接技术。根据应力波的扩大原理推理出碰撞角度与冲击速度之间的关系,确定有效参数区间。应用ANSYS/LS-DYNA软件,对旋转冲击连接过程进行数值模拟。分析了不同时期的连接界面变化趋势,子弹转速对基板位移场及内能的影响。研究表明,所用的数值模拟方法可准确描述旋转冲击连接过程,可在未来用于指导试验。

铜与低碳钢冲击连接的仿真模拟

为实现铜与低碳钢的连接,一种新型连接方法被提出,即旋转冲击连接,用铜作为旋转子弹,低碳钢作为基板,子弹以一定的碰撞速度和角度冲击基板实现连接。为了获得冲击连接形成所需的合适冲击速度和角度,利用SPH(Smoothed-particle hydrodynamics)粒子法模拟冲击连接过程。结果表明:子弹冲击连接时可以形成稳定界面波形的冲击速度范围为150~380 m/s,冲击角度范围为0°~6°。同时分析了冲击角度和速度对界面波形成的原因和影响,表明子弹在低速度(150~380 m/s)和低冲击角度(0°~6°)时界面机理符合应力波机理与复板流刻入机理;高速度(480~928 m/s)和高冲击角度(7°~10°)时符合流体力学的机理。

小端面冲击连接效应的若干问题讨论

碰撞冲击连接凭借其优异的连接性能得到广泛关注.为探讨小端面冲击连接效应,首先从冲击焊的连接界面形貌出发,探讨冲击连接界面形貌对力学性能的影响,指出波浪形界面对可靠接头的重要性,并从大端面冲击连接的过程进一步讨论波浪形界面的形成机理,在此基础上讨论小端面冲击连接的波浪形界面形成机理,指出人为设置的带倾角的碰撞是形成小端面波浪形界面的前提,同时提出解决小端面带倾角碰撞所出现的非对称问题的有效方法是将复板连接端面改为锥形端面.

SPH粒子法在高速冲击连接问题中的应用

高速冲击连接是特种焊接,可连接异种材料,由于冲击速度高,时间短等特点,信息很难被观察和测量,数值模拟可成为一种研究方法。本文以带转速的纯铜子弹冲击一块固定的低碳钢板为例,通过对比两类可适用于冲击大变形的数值模拟方法:ALE网格法和SPH粒子法,确定SPH粒子法在高速冲击连接中的可行性。采用ALE网格法模拟高速冲击连接过程发现,冲击连接界面网格畸变无法获得稳定的界面波连接效果;此外,严重网格畸变使得数值模拟难以计算并终止。采用三维SPH粒子法,可复现典型冲击连接在界面处的界面波形,为探究转速因素对界面波形貌的影响,本文利用SPH粒子法对比了子弹在转速与无转速条件时界面波形的差异。此外,将ALE与SPH耦合进行计算,可减少模拟的时间成本,为后续子弹冲击连接的进一步研究提供参考。

冲击连接工艺参数对铝钢接头界面的影响

以Al3003铝和HC180钢的高速冲击连接工艺为研究对象,建立二维有限元算法(Finiteelementmethod,FEM)和光滑粒子算法(Smoothed particle hydrodynamics,SPH)耦合分析模型,研究冲击连接工艺参数对铝钢接头界面特征形成的影响规律。结果表明,随着冲击速度的增加,波形界面的波幅尺寸会随之增加;而随着冲击角度的增加,波形界面波幅则会先增加后趋于平稳甚至降低。同时通过对HC180钢/Al3003铝合金板材的箔片气化冲击焊接试验研究验证了模拟分析结果,并分析放电能量对连接界面形貌的影响规律。随着放电能量的增加,铝钢连接界面波幅增加;当放电能量达到8.4 kJ时,界面出现漩涡结构和嵌入两侧基材的颗粒。连接界面附近会发生明显的晶粒细化现象,且随着冲击角度增加,界面附近细晶区域的面积逐渐增加。界面温度场模拟结果表明漩涡内部产生较大温升,电子探针(Electronprobemicro-analysis,EPMA)分析结果表明漩涡内部产生了铝铁金属间化合物。金属间化物主要以颗粒的形式嵌入母材基体中或分布在界面漩涡结构内部,且随着初始冲击角度的增加,元素扩散加剧,嵌入颗粒尺寸与嵌入深度均有增加。