鋁銅異質(zhì)材料的焊接對(duì)于電氣設(shè)備,、運(yùn)輸和化學(xué)工業(yè)的制造非常重要。而金屬間化合物層的厚度和分布一直是Al/Cu接頭質(zhì)量控制的技術(shù)難題,。近日,，核裝備與核工程學(xué)院在Top期刊International Journal of Mechanical Sciences（IF：7.3）上發(fā)表學(xué)術(shù)論文《Mechanism of ultrasonic effects on thermal-stress field in Cu/Al-FSW process》。該工作首次模擬了超聲輔助Al/Cu攪拌摩擦焊的超聲場(chǎng)與焊接多能場(chǎng)耦合過(guò)程,。通過(guò)數(shù)值模擬和宏微觀組織演化分析相結(jié)合,，從焊接熱過(guò)程的變化和高溫高應(yīng)變速率下的流變特性等方面闡明了超聲在Al/Cu攪拌摩擦焊過(guò)程中對(duì)金屬間化合物的抑制機(jī)理。揭示超聲優(yōu)化接觸界面以及剪切層熱力狀態(tài)的機(jī)制,。
圖1超聲場(chǎng)對(duì)Al/Cu攪拌摩擦焊塑性流動(dòng)和傳質(zhì)傳熱的影響機(jī)制關(guān)聯(lián)圖
該工作建立了鋁銅異質(zhì)的聲場(chǎng)傳遞模型,，采用聲應(yīng)力功修正的本構(gòu)方程與速度邊界條件?；诹黧w動(dòng)力學(xué)和VOF計(jì)算鋁銅兩相分布,，定量分析了超聲高頻振動(dòng)帶來(lái)的兩相流動(dòng)增益和互鎖強(qiáng)化的機(jī)械效應(yīng)。結(jié)果表明,，超聲能夠降低焊縫兩側(cè)鋁和銅之間的塑性差異,。超聲降低了Al/Cu互擴(kuò)散的能力，抑制了金屬間化合物的生成。聲軟化和減摩效應(yīng)降低了接觸界面熱通量和峰值溫度,。熱量和濃度梯度的降低削弱了金屬間化合物的原子擴(kuò)散和生長(zhǎng)速率。因此在超聲作用下,，Al/Cu界面的金屬間化合物層厚減少了約30.5%,，化合物分布更均勻。
該論文以煙臺(tái)大學(xué)為第一單位,，核學(xué)院青年教師趙文禎為第一作者,，核學(xué)院何歡副教授、中南大學(xué)付遨為論文通訊作者,，相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助,。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2024.109101
https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2023.108615
來(lái)稿時(shí)間：5月29日 審核：劉希斌 責(zé)任編輯：安興爽
