0 引言

铝和铜由于其较高的电导率、热导率和良好的耐腐蚀性等优点，其异种金属接头在航天、电池和电子工业领域有着广泛的实际应用［1－4］。正是基于Al－Cu接头这些优良的特性，从而开始逐步用于替代电气系统中的钢。同时，最近由于新能源汽车行业的蓬勃发展，其中锂电池正负极极耳（正极极耳一般为铝片，负极极耳一般为铜片）的连接亦成为了一项研究热点［5］。然而，铝和铜的焊接存在诸多难点，如铝表面致密氧化膜增加连接的难点；金属铝和铜会产生不同的金属间化合物（IMC）以及铝和铜的线膨胀系数的差别导致焊接接头容易出现裂纹等。

这也使得传统熔焊方法在用于铝－铜连接时更加复杂和无效，而且传统熔焊方法对晶粒尺寸控制不好，对接头的力学性能产生不利影响，所以采用传统熔焊方法对铝与铜异种材料焊接是一项十分具有挑战性的工作［6-7］。这也就促使了诸如线性摩擦焊、搅拌摩擦焊、搅拌摩擦点焊和超声波点焊等固相焊接方法在铝－铜间连接方面的应用。

支持向量机的主要缺点是其训练效率偏低，并且对于输出结果不能准确地给出各个输出结果的概率分布，这就限制了它在概率需求较强的任务中的应用，给一些利用概率结果的处理和应用带来了麻烦。

其中超声波焊接技术使金属不熔化，保持在固相状态下进行焊接。而且，由于超声波焊接低能量的特点，一定程度上削弱了脆性金属间化合物（IMCs）层的产生和生长，提高焊接接头的质量。就目前来看，超声波焊能够连接诸多异种材料，如钢、钛、镍和它们间的不同组合如铝/钢、金属/陶瓷、金属/玻璃、 铝/铜［7］。

鉴于上述铝－铜异种金属接头的广泛应用以及获取接头的巨大困难，开展铝－铜异种金属连接的研究工作显得十分必要。

第十二次：1981年“中华人民共和国粮食部军用价购粮票”“中华人民共和国粮食部军用供给粮票”（面粉、大米、粗粮各“伍拾斤”“壹佰斤”“伍佰斤”“壹仟斤”版）。

从图3可以看出，随着压力的增大，最大拉剪载荷先增大，在0.28 MPa压力时获得峰值1 339.0 N，此后，最大拉剪载荷随焊接压力的增大反而减小。产生这种变化的原因是：起初，焊接压力较小时，界面间的摩擦力也较小，使作用在界面上的能量很少，这种情况不利于界面的结合，接头质量也就不高。而压力增大就意味着金属表面之间的摩擦力相应地增大，这导致了界面间更好地粘合，进而提高了焊接质量。但当施加过大的焊接压力时，界面间的摩擦力又过大，在焊接振幅和能量不变的情况下，很高的摩擦力导致相对运动极其困难，甚至会有静摩擦现象的出现，因此，过大的焊接压力会抑制金属表面之间的相对运动，导致焊接质量降低。

从目前国内外研究来看，大部分的研究都是集中于某一参数对铝/铜焊接质量的影响，没有系统地研究工艺参数。因此，本论文对0.5 mm厚的99.99%铝片和0.5 mm厚的99.99%铜片进行超声波焊接。通过设计单因素试验，系统研究焊接工艺参数（焊接压力、焊接振幅、焊接能量）对接头质量的影响，并从中选出较优的参数。同时，采用接头的最大拉伸剪切载荷来表征焊接的质量。

1 试验材料及设备

1.1 试验材料

随着微创技术发展，其在临床上的应用越来越广泛，由于其具有创面小，对身体损伤小，术后恢复快的优点，在进行手术治疗时往往会选用微创手术[1] 。在妇科上经常进行的微创手术是腹腔镜手术，虽然它产生的创面小，但是围手术期的护理对于患者的康复同样重要，快速康复是近年来越来越成熟的一种临床医疗护理理念，较多的研究已经证明其可缩短患者住院时间，降低住院费用，已经被应于胃癌、结直肠癌、肝胆疾病、心脏疾病等，对于减轻患者手术创伤以及术后恢复具有重要的作用。

 

表1 纯铝的化学成分（质量分数）（%）

  

Si Fe Cu Mn Mg Ti Ga V Al 0.006 0.006 0.006 0.002 0.006 0.002 0.005 0.005 余量

 

表2 纯铜的化学成分（质量分数）（%）

  

Bi Pb S O Cu 0.006 0.006 0.006 0.002 余量

由于铝的表面有一层致密的Al2O3氧化膜，因此，在焊前需要对试样表面进行预处理：使用400＃砂纸打磨铝片端部搭接区域的表面，当打磨均匀且呈银白色时，立即用大量清水冲掉打磨后残留在金属表面的颗粒，之后用酒精清洗，去除水分，并用吹风机热风进行表面干燥。

1.2 试验设备

本试验使用的超声波焊机为SONIC MSC4000－2型焊机，振动频率为20 kHz，最大功率为4 kW，如图1a所示，焊极的形状如图1b所示，齿的顶角为90°， 齿间距为 0.8 mm， 齿深为 0.4 mm， 尺寸为 8mm×8 mm。

  

图1 超声波焊机系统及焊头模型

焊接压力、焊接振幅和焊接能量为3个主要的超声波焊接工艺参数，通过前期大量试验得出大致的参数范围：焊接压力0.21～0.42 MPa，焊接振幅40～60 μm，焊接能量200～1 000 J。如果参数值过小，会出现接头 “虚焊”；而当参数值过大，会出现接头与焊极粘接严重的问题。因此，本试验将对铝－铜接头的焊接质量通过接头的最大拉剪载荷进行表征。采用万能试验机（CSS－44100）进行拉剪试验，测试铝－铜异种接头的最大拉剪载荷，拉伸速度为1 mm/min。

  

图2 试样尺寸及焊接布置图

1.3 试验方法

试验前， 将 0.5 mm 厚的 99.99%纯铝和 0.5 mm的厚99.99%纯铜薄片线切割成100 mm×25 mm的矩形薄片。打磨后，将切割好的铜片和铝片搭接在一起，搭接长度为25 mm，铝片置于铜片的上方，如图2所示。

第三，商务英语从事教学和教学理论实践研究的对象依然视商务英语的教学为主要基础，其中包含了教学和学习两个部分。在实际的教学实践中，商务英语通过商务环境为英语教学的媒介，其教学内容涉及了管理学、商务谈判等各个学科的细节内容，是一门专业交叉性很强的学科门类，更是英语语言应用于国家商务活动的有机结合和良好体现，该两门专业在不断渗透融合、相互借鉴中形成了商务英语这门新学科。

在每组焊接工艺参数的条件下进行3次重复性试验，取3个焊接接头中最大拉剪载荷的平均值作为该工艺参数下接头质量的指标。

2 试验结果及讨论

2.1 焊接压力对接头质量的影响

本试验中，在恒定的焊接振幅和焊接能量（振幅50 μm，能量700 J）下，焊接压力分别设置为0.21，0.28，0.35，0.42 MPa的 4组参数下进行焊接。焊接完成后，通过万能试验机测试试样的最大拉剪载荷，具体结果如图3所示。

  

图3 焊接压力对铝－铜接头质量的影响

目前，国内外对铝/铜异种金属的超声波焊接也开展了相应的研究工作。J W Yang等人［8］使用大功率超声波焊机进行了6061铝与纯铜的焊接，并对不同接头的微观结构和力学性能进行了表征。研究结果表明：焊接刚开始时，金属间化合物分布在界面局部区域，然后迅速生长发展，形成了连续的IMC层。由于超声波焊接过程会产生严重的塑性变形，导致晶格缺陷大量出现，这使CuAl2的生长明显加快。 李东等人［9］通过对铜/铜、 铝/铝、 铝/铜的超声波焊接研究表明：焊头与工件接触区及工件与工件结合区温度都远低于材料熔点，为固相连接，连接界面间会产生 “漩涡状”塑性变形，形成局部机械自锁。常青［10］利用自行设计搭建的超声波焊接平台，进行了铝－铜异种金属的焊接研究，提出超声波焊接界面结合机理有：由于摩擦产生的塑性流动，使界面处发生机械咬合及再结晶现象；由于能量不断输入，导致晶粒融合和元素扩散，并提出过高的温度会严重影响结合质量，过大的压力会限制超声波振动，硬度低的材料在上方（即铝上铜下）时，可以提高接头剥离强度。De Vries E等人［11］借助红外热成像仪对超声波焊接过程的温度进行了测绘和描述，发现在整个焊接过程中，界面最高温度还不及材料熔点的一半，也进一步阐述了超声波焊接的材料固态连接特性。

2.2 焊接振幅对接头质量的影响

焊接振幅是由超声波发生器产生的，也是通过焊极作用于被焊材料上的。由于之前的研究，焊接压力在0.28 MPa时，焊接质量较高，所以本试验选择恒定的焊接压力和焊接能量（压力0.28 MPa，能量 700 J）， 焊接振幅分别为 40， 45， 50， 60 μm的4组参数下进行焊接。焊接完成后，在万能试验机上测试试样的最大拉剪载荷，其具体结果如图4所示。

  

图4 焊接振幅对铝－铜接头质量的影响

从图4可以看出，随着焊接振幅的增大，最大拉剪载荷先增大，在焊接振幅为45 μm时获得拉剪载荷峰值1 359.0 N，之后，最大拉剪载荷随焊接振幅的增大反而减小。

对服装出口给予极大的税收优惠，有利于促进服装出口贸易的发展，促使企业产品更加国际化，并在市场上占位脚步。从2008年开始，国际在纺织企业原材料的成本上实施了滑准税，使得棉花的价格在国际市场上升高，从而促进了我国棉花走出去，在国际市场上处于领先位置。中国为了促进纺织服装行业的，对服装出口给予了一定的税收优惠，目前我国的出口退税率已经上升到17%。国家上调了出口退税率后，即使服装以较低的价格出口，将会获得17%的出口税费，这部分是国家给予的补助支持，这对于解决中国服装业所面临的现状不失为一个有效的办法。

如图5所示，接头的最大拉剪载荷随焊接能量变化：当焊接能量增大时，接头的最大拉剪载荷先增大，在焊接能量700 J时达到最大值1 359 N，随着焊接能量的继续增加（900 J），最大拉剪载荷有所减小。

试验材料为0.5 mm 厚的 99.9%纯铝片和 0.5 mm厚的99.9%纯铜片，材料的主要成分分别在表1和2中列出。

2.3 焊接能量对接头质量的影响

在焊接振幅45 μm，焊接压力0.28 MPa下，进行焊接能量分别为300，500，700，900 J的超声波焊接。

产生这种变化的原因是：当焊极对金属材料施加的焊接振幅较小时，残留的氧化物层的去除不均匀，仍断断续续存在于界面上（材料经过打磨，只是一定程度上减少表面氧化物，并不能完全清除），阻碍铝－铜间的结合，导致接头质量较低。一般来说，振幅的增大通常会导致金属接触面之间摩擦运动水平的增加，因此，随着振幅的增大，摩擦作用使氧化膜进一步减少，提高接头质量。但由于过大的振幅会导致界面结合不完整，出现孔隙和裂纹等缺陷，削弱接头强度，使接头质量严重下降。

  

图5 焊接能量对铝－铜接头质量的影响

对接头的宏观形貌进行观察，如图6a，6b，6c，6d所示，分别为焊接能量300，500，700，900 J下的接头宏观形貌。通过对比各参数下的形貌图可以看出，图6a中300 J能量下的接头，界面连接断断续续，缺陷清晰可见，未连接区域很多。图6b中500 J能量下的接头，未连接区域明显减少，仅在连接界面边缘处存在较大的未连接区域较大；对比图6c中700 J能量下的接头，接头界面连续，仅在边缘存在较小的未连接区域，这也一定程度上说明了700 J能量下接头连接区域及长度较大。当焊接能量继续增加时，达到900 J，从图6d中的宏观形貌上可以看出，接头连接紧密、连续，在边缘几乎看不到缝隙的存在，接头连接区域及长度最大。

  

图6 接头宏观形貌

对4种焊接能量下的焊缝微观区域进行观察，如图7所示。

  

图7 接头微观形貌

焊接能量对接头质量的影响，而接头质量的表征参数——最大拉剪载荷极大程度上取决于接头形貌。焊接能量为300 J的接头形貌如图6a及7a所示，界面存在很多未连接区域，使接头的铝铜有效连接区域小，总连接长度很短，造成界面结合密度很低，接头的质量不高（最大拉剪载荷为615.5 N）。随着能量的增加，这种情况有所改善。焊接能量为500 J的接头形貌如图6b及7b所示，图中的未连接区域长度明显缩短，随着未连接区域长度的减小，焊接接头的有效连接区域增加，总连接长度增加，接头质量相对300 J能量下有所提高（最大拉剪载荷为870.7 N），大约提升了41%。当焊接能量进一步增加时，焊接能量为700 J时的接头宏观及微观形貌分别如图6c及7c所示，界面连接完整，几乎没有未连接区域的存在，在铝铜之间形成了稳定有效的连接。这种 “微连接”有利于增加界面的总连接长度，进而使接头的焊接质量大幅提升（最大拉剪载荷为1 359 N），相对300 J能量下的接头大约提高了120.8%。

3 结论

对 0.5 mm 厚的 99.99%纯铝片和 0.5 mm 厚 的99.99%纯铜片异种材料的超声波焊接进行了单因素试验，研究了超声波焊接工艺参数（焊接压力、焊接振幅、焊接能量）对焊接接头质量的影响。主要结论如下：

（1）焊接压力、焊接振幅和焊接能量对铝－铜异种接头质量的影响很大。过小过大的参数值都会导致接头焊接质量下降，其中合理的焊接工艺参数组合为 0.28 MPa， 45 μm， 700 J。

（2）通过对4种焊接能量值下焊接接头微观组织进行对比、分析，发现：随着焊接能量的提高（300，500，700 J），界面的连接长度及结合质量逐渐提高，焊接接头质量提升；当焊接能量进一步提高（700，900 J），由于材料软化作用的影响，焊接接头质量逐渐下降。

7F IMRT计划：以常规切线野作为起止方向，使用垂直心脏照射野。共面机架角度分别设为：300°，330°，0°，30°，60°，90°，140°；物理优化参数设置与6F计划相同。

目前，1路和6路公交路线上共安装了71个电子公交站牌，2路、3路、5路和7路公交线路计划新增92个电子公交站牌。通过电子公交站牌，为需乘坐公交车的广大吉首市民提供极大的便捷，并于2018年3月荣获央视新闻“两会”特别报道点赞。

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