304不銹鋼織物焊接工藝影響因素研究

付成龍，秦懷彬，留國(guó)煒，李 斌，門正興

(成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610100)

熱管因具有高傳熱性、均溫性、可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)使其被廣泛應(yīng)用于能源、航空航天等領(lǐng)域。吸液芯作為熱管的重要組成部分之一，在制作與運(yùn)行過程中起到了非常關(guān)鍵的作用。常用的吸液芯主要包括三大類：絲網(wǎng)吸液芯、溝槽吸液芯以及燒結(jié)金屬泡沫吸液芯[1，2]。金屬絲網(wǎng)吸液芯以其制作方便、成本低廉、傳熱性好等優(yōu)點(diǎn)吸引了越來越多研究人員的目光。湯勇等人[3]采用水況工質(zhì)研究了不同規(guī)格的金屬絲網(wǎng)在毛細(xì)泵熱管中的傳熱效率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)合目數(shù)絲網(wǎng)的傳熱效率要遠(yuǎn)高于單層絲網(wǎng)。沈妍等人[4]通過建模與實(shí)驗(yàn)對(duì)比了三角溝槽、金屬纖維氈和金屬絲網(wǎng)構(gòu)成組合式吸液芯與三角溝槽和金屬絲網(wǎng)的傳熱效率，發(fā)現(xiàn)組合式吸液芯導(dǎo)熱系數(shù)的穩(wěn)定性與傳熱性要遠(yuǎn)高于三角溝槽和金屬絲網(wǎng)吸液芯。唐永樂[5]以絲網(wǎng)型吸液芯和超薄熱管為研究對(duì)象，開展了理論計(jì)算與分析、絲網(wǎng)改性以及傳熱性能等工作。綜上所述，相關(guān)人員的研究方向多集中于絲網(wǎng)的傳熱性能，而對(duì)絲網(wǎng)吸液芯的加工過程及其力學(xué)性能的研究鮮有報(bào)道。

本文聚焦單層金屬絲網(wǎng)吸液芯加工過程中力學(xué)性能的主要影響因素：絲網(wǎng)目數(shù)、搭接方式、焊點(diǎn)間距以及焊接能量等，并以正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

304不銹鋼金屬絲網(wǎng)織物，規(guī)格：100目/絲徑0.08 mm、200目/絲徑0.05 mm、300目/絲徑0.04 mm，市售。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

DNY-75手持點(diǎn)焊機(jī)，山東海特沃德自動(dòng)化焊接裝備有限公司；YG026D多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)，溫州紡織儀器廠。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在熱管吸液芯的制造加工過程中，許多加工因素都會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響。例如，絲網(wǎng)目數(shù)的大小不僅決定了熱管的過濾效能，而且對(duì)其剛性和力學(xué)性能也會(huì)產(chǎn)生影響。若只采用單層絲網(wǎng)加工吸液芯，因單層絲網(wǎng)的目數(shù)不同，絲網(wǎng)剛性也不同，目數(shù)越小，剛性越大，反之，目數(shù)越大則剛性越小。目數(shù)越大的絲網(wǎng)加工后的吸液芯焊點(diǎn)線容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，影響使用。

焊接能量的大小則關(guān)系到能否夠焊透試樣以實(shí)現(xiàn)有效連接，能量太大則容易發(fā)生擊穿引起失效，能量太小則起不到連接作用。

焊點(diǎn)間距則會(huì)決定一定長(zhǎng)度內(nèi)焊點(diǎn)的數(shù)量，焊點(diǎn)數(shù)量的多少對(duì)于其力學(xué)性能也會(huì)產(chǎn)生影響。

鑒于此，本試驗(yàn)選擇絲網(wǎng)目數(shù)(A)、搭接方式(搭接方式的示意圖見圖1)(B)、焊點(diǎn)間距(C)、焊接能量(D)四個(gè)因素，每個(gè)因素選取3個(gè)水平，采用四因素三水平的正交試驗(yàn)研究了熱管絲網(wǎng)型吸液芯的加工工藝，以期獲取熱管絲網(wǎng)吸液芯加工的最優(yōu)工藝，試驗(yàn)因素與水平見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平表

1.4 試樣制備與測(cè)試

本試驗(yàn)選擇100目、200目、300目不銹鋼金屬絲網(wǎng)織物進(jìn)行同規(guī)格組合，即100目+100目、200目+200目、300目+300目。依次按照表1的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行絲網(wǎng)下料與焊接，絲網(wǎng)搭接寬度為3 mm，其焊接過程如圖1所示。參照GB/T 3923.1-2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)》的要求對(duì)其進(jìn)行拉伸斷裂強(qiáng)力的測(cè)試。

圖1 試樣搭接方式示意圖

圖2 絲網(wǎng)焊接示意圖

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

測(cè)試試樣拉伸斷裂強(qiáng)力，為了保證測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性，每組試驗(yàn)編號(hào)下重復(fù)5次試驗(yàn)，結(jié)果取其平均值，測(cè)試結(jié)果見表2；對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，極差分析結(jié)果見表3，方差分析結(jié)果見表4。

表2 試樣拉伸斷裂強(qiáng)力測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表2、表3的測(cè)試結(jié)果，以直觀分析法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可知各試驗(yàn)因素的極差值依次為RA=41.917、RB=443.17、RC=146.71、RD=51.863，通過極差可以看出各因素對(duì)試樣拉伸斷裂強(qiáng)力的影響順序?yàn)椋捍罱臃绞?B)>焊點(diǎn)間距(C)>焊接能量(D)>絲網(wǎng)目數(shù)(A)。同時(shí)，從表4可以看出，因素B對(duì)絲網(wǎng)連接的拉伸斷裂強(qiáng)力的測(cè)定值影響顯著，因素C次之，試驗(yàn)因素D與A的影響不太顯著，與極差分析結(jié)果一致。

表3 試樣拉伸斷裂強(qiáng)力極差及優(yōu)化案分析

表4 方差分析結(jié)果

搭接方式對(duì)試樣的拉伸斷裂強(qiáng)力影響最為顯著，這主要是由于搭接方式中，對(duì)角方向的搭接點(diǎn)最多、長(zhǎng)度方向次之，寬度方向最少，但由于本試驗(yàn)采用軸向拉伸，測(cè)試時(shí)施加載荷的方向與織物長(zhǎng)度方向相同；而對(duì)角搭接的試樣其焊點(diǎn)均勻分布于對(duì)角線而非試樣中心線，在試驗(yàn)載荷加載時(shí)，平行于載荷方向的紗線直接承受載荷，而與加載方向成夾角的紗線則不能完全承受載荷。此外，從本試驗(yàn)的拉伸斷裂伸長(zhǎng)率的趨勢(shì)可知，試樣在對(duì)角搭接的值要遠(yuǎn)小于其長(zhǎng)度方向，因此對(duì)角搭接的試樣在測(cè)試時(shí)不能在夾持的長(zhǎng)度方向發(fā)揮全部力學(xué)性能，故而其力學(xué)性能沒有長(zhǎng)度方向搭接好。

由于因素A、B、C、D的K1最大，因此確定的最佳試驗(yàn)工藝組合為A1B1C1D1，即絲網(wǎng)目數(shù)100目、搭接方式為長(zhǎng)度方向、焊點(diǎn)間距2 mm、焊接能量170 mAh時(shí)，試樣的拉伸斷裂強(qiáng)力最高。

3 結(jié)語(yǔ)

綜合試驗(yàn)因素以及測(cè)試結(jié)果分析，選擇合適的試驗(yàn)因素配比可以提高試樣的力學(xué)性能。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，得出影響試樣拉伸斷裂強(qiáng)力評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)先級(jí)次序?yàn)椋捍罱臃绞?、焊點(diǎn)間距、焊接能量、絲網(wǎng)目數(shù)。直觀分析和方差分析綜合可得最優(yōu)試驗(yàn)方案為A1B1C1D1，即絲網(wǎng)目數(shù)100，搭接方式為長(zhǎng)度方向，焊點(diǎn)間距2 mm，焊接能量170 mAh。