高硅铝薄壁壳体的激光焊接工艺研究

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在航天领域,卫星内部电子器件主要封装在高硅铝合金材料制造的薄壁壳体中,并采用激光焊接的方式完成封装。通常高硅铝合金壳体的壁很薄,因此在激光焊接过程中容易出现局部温度过高,这会导致电子器件失效。若焊接过程中焊缝处的应力过大,或焊后壳体残余应力过大,都会导致出现裂纹,影响焊接质量。研究高硅铝薄壁壳体的激光焊接技术对航天发射、卫星通讯具有重要意义。为了优化激光焊接参数,本文采用软件模拟焊接过程。论文首先对激光焊接过程中的各种化学、物理、冶金和传热等过程进行了研究。分析了温度场、应力场、变形对焊接质量的影响规律。针对高硅铝合金材料的特点,对激光焊接过程中相关重要仿真参数做了详细的分析,为后续的模拟分析做好理论准备。根据现有的激光焊接工艺参数,对某型号的高硅铝合金零件进行了激光焊接模拟,得到了焊接过程的温度场及其变化规律。针对壳体的某些重要位置,模拟了其温度变化趋势,发现已有的焊接工艺参数不能满足该型零件对焊接过程的温度场要求。在温度场分析结果的基础上,间接耦合得到了壳体在焊接过程中的应力场及焊后残余应力分布情况。根据壳体的残余应力,可以判断焊后高硅铝壳体不会产生裂纹,即现有的焊接工艺参数能很好地满足壳体对应力场的要求。依据上述研究结果,论文继续对高硅铝壳体焊接过程中的关键工艺参数进行了综合分析和调整,重点研究了激光焊接功率、激光焊接速度、激光焊接间隔时间等工艺参数对焊缝熔池和温度场的影响。发现了上述三个工艺参数对熔池深度、熔池宽度、温度场的影响规律,在此基础上采用正交试验法对三个工艺参数进行优化,获得了能保证最优焊接质量的工艺参数。论文对某型号的高硅铝薄壁壳体零件的激光焊接过程进行了仿真,采用有限元数值模拟的方法对激光焊接过程中的熔池参数、温度场、应力场、变形等进行了分析。通过优化现有的焊接工艺参数,获得了针对该零件的激光焊接工艺参数。论文通过改进激光焊接的工艺参数改善了零件的焊接质量,其研究方法对激光封装焊接工艺参数的选取提供了有价值的参考。
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