声致铺展液态钎料薄层内的声空化特征及机理研究

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1、硕士学位论文声致铺展液态钎料薄层内的声空化特征及机理研究RESEARCHONCAVITATIONCHARACTERISTICSANDMECHANISMINACOUSTICSPREADINGLIQUIDTHINLAYERSOFSOLDER马晨曦哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG454学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文声致铺展液态钎料薄层内的声空化特征及机理研究硕士研究生：马晨曦导师：许志武副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:

2、TG454U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONCAVITATIONCHARACTERISTICSANDMECHANISMINACOUSTICSPREADINGLIQUIDTHINLAYERSOFSOLDERCandidate：MaChenxiSupervisor：Associ.Prof.XuZhiwuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：Scho

3、olofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要超声波钎焊在工业生产中的应用日趋广泛，主要得益于焊接时液相中的空化效应对母材表面氧化膜的破除作用。而本课题主要针对超声辅助钎焊铺展过程中所产生的声空化行为进行了研究。针对不同性质的母材，首先采用了ANSYS软件对其进行了谐响应分析，了解了钎料槽中轴线方向的振动分布为二次函数式的规律，并且钛合金表面的振动强度大于铝合金表面强度。然后采用高

4、速摄影系统对超声作用下的声致铺展过程进行了拍摄。在加载的超声振动条件不同的情况下，液态金属的铺展过程表现出了不同的特征，包括铺展的周期性，表面雾化及涟漪波纹等现象，并由此总结了液态金属声致铺展过程中的表面动态特征，铺展规律和采用不同试验条件后对铺展行为的影响。之后利用CFD软件Fluent对液态金属的声致铺展过程采用多种更详细的参数进行了模拟，得出了在一定范围内，提高振幅和频率可以增大铺展范围的结论。通过使金属液滴在玻璃板表面声致铺展，使用高速摄影系统对整个铺展界面上产生的空化现象进行了拍摄观察。在不同的实验条件下，空化效应也在气泡密度，气泡分布，空化率的大小等方面表现出了差异。然后在观察空蚀

5、对母材的破坏效应后，得出了超声振幅的增大可以提升空化强度的结论，并对空蚀特征和空蚀效应进行了分析。随后采用了CFD软件Fluent对液态金属的空化效应进行了模拟，从数值的角度对流体中压力变化对空化进程的影响，流体中速度场的分布规律以及空化率进行了分析和总结。应用流体力学公式，对声空化动态过程的控制方程进行推导，并针对液态金属的物理特征对控制方程进行了一些近似和简化。然后从质量守恒条件，动量守恒条件和边界条件三个方面对空化泡在液态金属中运动的动力学方程进行了推导并利用这些方程构建的空化物理模型对声致空化过程和效应进行了分析，阐明了液态金属的蒸发速度与凝结速度之间的关系。关键词：声致铺展；声空化效

6、应；CFD数值模拟；流体动力学-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheapplicationofultrasonicbrazinginindustrialproductioniswidespreadrecently,duetotheeffectofcavitationintheliquidphase,whichcaneliminatetheoxidefilmonthesurfaceofbasemetal.Thisissuemainlyfocusesontheacousticcavitationinultrasound-assistedbrazing.Fordifferentb

7、asemetal,asoftwarenamedANSYSisusedinharmonicanalysisfirstly,anditislearnedthatthevibrationdistributioninaxialdirectioninthesoldertanklikeakindofquadraticfunction.Thevibrationintensityintitaniumalloysu