利用金属箔气化实现不同金属的微焊接工艺

《Welding in the World》：Micro-welding process of dissimilar metals using metal foil vaporization

本研究采用Vaporized Foil Actuator Welding（VFAW）技术，针对Cu-Cu、Al-Al、Cu-Al及NiTi-Cu等金属对的微焊接过程进行实验与SPH模拟分析，揭示了碰撞速度与角度对尾涡形成的影响规律，并验证了异种冲击焊接在强度与设计灵活性方面的优势。

　　

摘要

本研究的目的是利用蒸发箔驱动器焊接（VFAW）技术探究不同金属对的微焊接过程，包括Cu（0.1毫米）–Cu（0.1毫米）、Cu（0.5毫米）–Cu（0.5毫米）、1090 Al-1090 Al以及Cu-1090 Al。焊接过程中电容器组的输入充电能量分别为：Cu（0.1毫米）–Cu（0.1毫米）为1.0千焦，Cu（0.5毫米）–Cu（0.5毫米）为2.0千焦和1.8千焦，1090 Al-1090 Al为1.5千焦，Cu-1090 Al为2.3千焦。同时，还进行了NiTi（线材）–Cu的板材和线材焊接，输入能量为1.6千焦。所有研究的金属对均实现了相互焊接。为了研究尾涡形成机制，开发了一种平滑粒子动力学（SPH）模型，通过分析碰撞后界面处的粒子速度来进行分析。当碰撞速度和碰撞角度增大时，由于冲击作用在焊接界面产生的界面波的波长和振幅会持续增加。尾涡中粒子的旋转角度逐渐增大，使得尾涡现象更加明显。当碰撞速度在700至900米/秒之间、碰撞角度在8°至20°之间变化时，涡流现象逐渐变得更加显著，最终形成了一个完整的圆形。与机械连接方式相比，NiTi（线材）–Cu的异种材料焊接方法提供了更强的连接强度和更大的设计灵活性，使该技术成为制造高强度执行器和传感器的理想选择。