《铝片-铜管太阳能集热板超声波焊接机理研究_行政论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铝片-铜管太阳能集热板超声波焊接机理研究_行政论文.doc（10页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、铝片-铜管太阳能集热板超声波焊接机理研究_行政论文铝片-铜管太阳能集热板超声波焊接机理研究_行政论文铝片-铜管太阳能集热板超声波焊接机理研究 摘要：在铝片一铜管太阳能集热板超声波焊接试验的基础上首先从弹塑性理论特别是铝的应力一应变曲线导出焊接区域主要发生塑性变形，进而推导出焊接接头区域理论温度；然后通过人工热电偶试验测得铝片表面及铝片一铜管间的温度再结合接头扫描电镜图片进行验证，认为焊接接头的形成是由材料本身的塑性本质、一定的摩擦升温、工具头竖直方向压力3个因素共同作用的结果整个过程使接头区域材料发生充分的塑性变形，破坏并清除氧化物、油污，使焊件材料原子之间发生力的作用而形成金属键合。关键词：
2、铝片一铜管太阳能集热板；超声波焊接；焊接接头中图分类号：tg453、9 文献标识码：a当前金属管板式太阳能集热板大多采用铜管一铜片的组合，这种组合虽然有利于材料的焊接， 易于制造，但成本较高，不利于普及。而铝的密度小，价格比铜低，工业上经常用铝代铜因此用铝片代替铜片作为太阳能集热板的吸热板可以大大降低成本。虽然铝的导热性能不及铜，但在材料很薄的情况下并不影响整体效果这种新的组合也是金属管板式集热板的发展趋势。然而，铜铝属于不同种金属，它们之间存在电极电势差，铜的线膨胀系数比铝的大05倍。再加上熔点的差异、铜铝间易形成金属间化合物等原因容易引起铜铝接头电化学腐蚀，同时铜铝变形不一致也容易产生裂纹
3、、夹杂层或出现脆性金属间化合物等这些缺陷将会降低接头强度。为克服铜一铝焊接时所出现的缺点， 一般采用铜一铝压力焊。如摩擦焊、超声波焊 、真空扩散焊 等焊接方法获得电气性能、抗老化性能、抗腐蚀性能、使用寿命都比较理想的焊接接头。jiromaru tsujino tetsugi ueoka等日本学者长期从事金属超声波焊接研究，对超声波焊接过程中的一系列问题作了比较全面的探讨如：频率和压力变化对焊接质量的影响31， 实测得到铜铝焊接温度超过436 ，同时对铜、铝、金等金属的焊接性能进行了深入而细致的研究 ，认为超声波焊接对各种塑性良好的金属材料来说，只要选择合适的设备和工艺参数，都可能获得良好的焊接
4、接头。james e krazanowski通过透射电镜(tem)研究焊接区域组织。认为金属超声波焊接机理是一个金属粘合的过程，而扩散和再结晶等物理冶金反应在接头成形机理中并不起主要作用9。本文从铜铝材料性能分析人手，推导焊接区域温度， 同时结合实测温度和焊接区域收稿日期：20070412：修回日期：20070707基金项目：广州市科技攻关重点项目(2002 z3一do101)扫描电镜图片探讨铜一铝超声波焊接机理。1 焊接试验及过程分析超声波焊接设备包括：超声波发生器、换能器、聚能器(变幅杆)和工具头等，如图l所示。焊接参数见表1。图1 超声波焊接设备表1 焊接参数汽缸动块导轨频率 功率 工具
5、头转速 焊接压力 振幅 铝片厚度 铜管厚度fkhz fi，kw (rmin-) pmpa a1zm 占lmm null15 3 4449 04 、 30 n2 10铝片一铜管太阳能集热板的焊后样品如图2所示。图2 铝片一铜管太阳能集热板焊后样品welding technology vo136 no5 oct2007 试验与研究 1511 材料处理铜和铝极易在空气中被氧化，在光亮清洁的表面就已经有约200个分子厚度的氧化膜存在，而且氧化膜也是由晶体组成，本身也存在不饱和的分子，能够吸引对称性较弱的极性分子(如水分子、有机物分子等)，形成一层油污和水气膜，这些物质的存在导致表面凹凸不平，使材料原子问距离增大，难于进行焊接。111 铜管表面套拉与翅化根据金属超声波焊接机理，对材料表面要求高，针对上述铜管表面状态，需要击碎、破坏、清除铜管表面油污及氧化膜使其暴露出纯净的金属表面，主要有两步：第一步，铜管的表面套拉，套拉过程如图3所示。套拉方向图3 套拉过程示意图其作用有：全面刮削铜管表面比较彻底地破坏表面氧化膜暴露出纯净的金属表面； 由于进行的是冷加工可以适当提高铜管硬度，有利于随后的焊接及增加变形抗力以保证在后续的挤压中维持圆管形状；将铜管的直径缩口至需要的尺寸。第二步，利用专用工具头，表面具有微翅结构，如图4a所示1 2 下一页