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不锈钢毛细管管板接头真空电子束钎焊温度场模拟

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-12-21  浏览次数:18 选择视力保护色:

[摘要]  中华不锈钢网进行了报道:实验工艺双面不锈钢复铝板的制备工艺包括表面处理、加热、轧制复合、轧后热处理。首先,将不锈钢板用

  中华不锈钢网进行了报道:实验工艺双面不锈钢复铝板的制备工艺包括表面处理、加热、轧制复合、轧后热处理。首先,将不锈钢板用钢刷刷净后用丙酮清洗,再烘干进行清理;对铝板则用自制表面处理剂处理后用清水冲洗、烘干。为防止轧制过程中出现/跑偏“现象,清理后的不锈钢板与铝板叠放整齐后进行点焊定位制成轧制坯料,然后将其送入加热炉加热至不同温度,再送入四辊轧机进行复合轧制。轧后复合板在480°C保温60min条件下进行退火处在本实验中,主要采用拉伸实验中所得到的伸长率的数据来评价双面不锈钢复铝板的深加工性能。拉伸试样按GB/T6397- 1986制备17,取自去除边部后的轧制复合板,取轧制方向为其长度方向。
  
  实验结果21总变形率对伸长率的影响示出在不同加热温度条件下,复合板的总变形率与伸长率的关系。可见,在加热温度为420°C,当总变形率小于18% ~20%时,随着总变形率的增加,复合板的伸长率随之增加。当总变形率大于20%时,随着总变形率的增加,复合板的伸长率迅速降低。从总体上看,加热温度为460°C时复合板的伸长率高于加热温度为420°C的伸长率。当加热温度提高到520°C后,随着总变形率的增加,复合板的伸长率呈现一直升高的趋势,但此温度较420、460°C时复合板的伸长率明显降低。
  
  降趋势:从加热温度为340°C时的50%上升到33%,而加热温度升高至640°C时,复合板的伸长率迅速降低为35%.从变化趋势可以看出,在加热温度为460~480°C左右时,复合板伸长率达到最大值。
  
  毛细管管板接头的精密结构件是航天飞行器中的一种非常重要的构件,对该构件进行钎焊加工有较大的技术难度。用传统的真空炉钎焊对工件进行整体加热,因其升、降温速度比较迟钝,导致结构件在高温和真空中的停留时间较长,钎料合金元素容易挥发,毛细管壁也容易产生较大的熔蚀,从而降低了钎焊接头的综合性能和使用寿命。由于电子束是高能量密度热源,电子束钎焊又是局部加热,因此与真空炉钎焊相比,热循环时间可以缩短到1/10~1/20.另外,钎焊接头在高温停留的时间短,减少了钎料中合金元素的挥发,易获得良好的机械性能。
  
  中华不锈钢网进行了报道:钎焊中钎焊温度略低于母材熔点的温度,如何调节各焊接参数,使钎焊接头周围形成局部均匀温度场,并使电子束加热位置的温度低于母材熔点,是本课题研究的重点。本文通过对钎焊温度场的有限元模拟,验结果进行了比较。
  
  1真空电子束钎焊传热分析毛细管管板接头真空电子束钎焊如所示,材料为lCrl8Ni9Ti,采用BNi2粉状钎料(熔点980°C)用粘结剂调成膏状置于不锈钢板下表面的毛细管周围,电子束在钢板上表面绕毛细管高速扫描加热,当接头附近到达钎焊温度时,钎料熔化并通过毛细作用填满接头间隙,此时电子束停止加热,钎料凝固并与母材形成良好的冶金结合。
  
  电子束钎焊示意图根据电子束钎焊的特点,在进行温度场计算时做如下考虑:由于工件在真空室中进行加热(真空度为1(T2Pa),因此不考虑热对流散热。
  
  为尽量减少钎焊过程中因热传导而引起的热量损失,支撑试板的支架与试板的接触面积极小,通过支架热传导所损失的热量可忽略。
  
  试验中所使用的钎料量仅为50mg,钎料升温焊接专栏为比热容;和熔化吸收的热量在计算中被忽略。
  
  真空电子束钎焊属于高温钎焊,工件表面热辐射是钎焊结构件主要的散热方式。热辐射方程为率;为斯忒藩一波耳兹曼常数;T为零件表面的绝对温度。
  
  工件内部通过热传导传热,热传导方程为P为密度。
  
  显示的是电子束钎焊有限元分析的边界条件。分析中根据工件的对称关系及电子束扫描轨迹的对称性,取实际零件的1/4建立模型 ,对称面上设定为绝热条由于电子束扫描速度很快(1kHz),可以认为在一定时间内,电子束扫描加热忽略了移动造成的加热先后,而是按照一定的扫描带进行加热。因此在计算中热流密度可用下式表达。
  
  流密度;々为能量集中系数;以为电子束扫描半径;r为到电子束扫描中心的距离 。
  
  计算中将电子束功率密度降为其最大值的5%的束斑半径称为电子束有效半径(/2), 为束斑直径。束斑直径不同,对应的能量集中系数是也不同。由该定义及方程(3)得式(5)中:为热效率;U为加速电压;J为束流;Q为输人的总热功率。
  
  以上公材料各热常数参见。
  
  2试验与有限元分析结果3.6mm;毛细管直径为0.6mm,壁厚为0.15mm.电子束在工件上表面以1kHz的频率扫描,扫描轨迹为圆 。在工件下表面接头附近焊一个热电偶,测量钎焊过程中接头附近随时间变化的温度。在有限元分析中,根据工件尺寸,取实际工件的1/4建立几何模型,分别改变电子束束流、束斑直径和扫描半径做几组对比计算。
  
  2.1电子束钎焊温度场分布钎焊工件上下表面的温度场分布图,其中规范参数:加速电压60kV,束流7.8mA,电子束扫描半径5.5mm,束斑直径2.5mm,加热时间34.5s.试件表面的温度场模拟结果为通过计算求得的工件上下表面以毛细管壁为起点,沿-Y方向的温度随距离变化的曲线 。从中可以看出,通过电子束扫描加热的方式可以在接头附近获得局部均匀的温度场,在加热中心p/位置温度未超出不锈钢板熔点的情况下,上下表面的接头附近均达到了钎焊温度。
  
  距毛细管中心的距离/mm试件上下表面沿-Y方向温度分布。2规范参数对温度场的影响要获得具有良好钎焊接头性能的毛细管结构件,应该在工件上、下表面毛细管所在位置的温度(Tt()p,Tunder)均达到钎焊温度的情况下,使工件的最高温度(Tmax)尽可能低。此外,过长的高温停留时间()或上下表面温差AT过大,都会对钎焊接头质量产生不利影响。
  
  计算中,分别改变电子束束斑直径d、电子束扫描半径4以及束流J大小,比较这些规范参数变化对了吨,Tunder,Tmax,H,AT各计算结果的影响。其中是指7-大于轩料熔点所持续的时间。
  
  束斑直径的影响。计算数据见表1,在加速电压和束流不变的情况下,电子束能量集中系数不同,对应的束斑直径也不同。从表1可以看出,随着束斑直均减小,而厶了有所增大。相比较而言,束斑直径对:Tmax的影响稍大,而对其他结果影响较弱。根据以上分析,电子束钎焊时应采用束斑直径较大的电子束进行扫描加热。
  
  束斑直径的影响电子束扫描半径的影响。随着电子束扫描半径的增大,Tmax,Ttap,Tute,AT,iH都有较大程度的减小。可见电子束钎焊温度场对电子束扫描半径的变化是比较敏感的。因此,为获得良好的钎焊接头,钎焊时应采用具有较大扫描半径的电子束进行加热。
  
  电子束扫描半径的影响束流大小的影响。计算数据见表3,随着束流的增大,总输人能量也变大,从表3可以看出,束流变大,各计算结果都有较大程度的增加,而束流大小对AT的影响相对较小。根据计算结果,钎焊时采用小束流进行较长时间的扫描加热可以获得比较理想的温度场。
  
  束流的影响2.3试验与计算结果的比较我们改变相应的焊接参数做了一些实际零件的电子束钎焊试验,(a),(b)分别为相同条件下由热电偶在试板下表面接头附近测得的温度随时间变化的曲线与通过计算得到的试件下表面该点温度变化曲线的对比图。
  
  =7.5mA,其他参数相同,U从可以看出试验与计算结果有着较好的一致性,从而证明了所建立的有限元模型是合理的。
  
  用规范参数(b)进行电子束钎焊试验而获得的毛细管管板接头钎料填满了焊缝,未出现气孔和较大熔蚀,接头性能良好。
  
  P/腐蚀工艺对缝隙的长、宽精度和152mmx 152mm范围内各缝隙精度的均匀性影响极大。首先要控制腐蚀液配比、腐蚀液温度和腐蚀时间,其次应控制腐蚀时基片的相对运动,这些因素会对腐蚀速度和缝隙的长、宽精度产生影响。在工艺过程中,目前还无法控制前后二次腐蚀状态完全一致,其腐蚀出的缝隙阵面的长、宽精度和精度均性都不尽相同。为了改善工艺,要进行如下的工艺控制:选择相对合适的腐蚀液条件。
  
  目前采用把块状FeCl3溶解配制成浓度为40%的溶液,用水浴锅控制腐蚀液温度至60~70I:,保证腐蚀液一定的量并现配现用。
  
  140mm的基片充分展开、拉紧,使缝隙图形各个点的运动状态基本一致。考虑到消除各向的不一致性,操作中应做到边运动边旋转基片。
  
  在腐蚀未到位、未去胶的情况下,中间抽样检测,对未达到精度要求的区域或缝隙进行选择性腐蚀。但因缝隙数量太多,工艺难度较大,效果不明显。
  
  2.5检测由于缝隙天线阵面面积较大、缝隙数量多,给检测工作带来极大的困难,目前只对0250mm口径阵面的一些重要区域进行抽样检测。经检测发现,大部分工艺指标符合要求,只是缝隙的长、宽尺寸精度很难控制,大部分误差小于土30pm,才能达到1012个缝隙中每个缝隙的精度都保持在±(0.010.015)mm的误差范围内。缝隙的定位精度,经多次检测都符合要求,比较理想。中华不锈钢网进行了报道

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