不同强度系列钢铝板材压力连接成形规律研究

为解决轻量化车身结构中钢铝异种材料间的连接问题,对铝合金A5052和双相钢DP300/500板材的压力连接进行了实验研究和仿真分析,证实了钢铝板材间采用压力连接的可行性以及仿真分析方法的正确性。通过对不同强度系列钢铝板材进行压力连接仿真分析,得出在同一模具下,钢铝板材的屈服强度对接头性能具有显著的影响;在材料的放置顺序上,应将屈服服强度较低的板材放置在上,而在选择铝板和钢板时应使其屈服强度尽可能接近,从而得到较好的连接性能。     

钢/铝异种金属TOX圆点铆接工艺研究

TOX圆点铆接是钢/铝异种金属连接的有效手段。以5A05(O)铝板和冷轧钢板(SPCC)的TOX铆接为研究对象,研究压强、材料组合方式对钢/铝异种金属TOX圆点铆接接头的影响,以及不同表面处理工艺下钢/铝异种金属接头经过盐雾试验后的性能变化。结果表明,TOX圆点铆接接头底厚随着压强增大而降低,当压强增加到27MPa时,底厚变化趋于平缓,接头抗剪强度达到最大值;钢板在凸模侧所得到的接头抗剪强度高于铝板在凸模侧所得到的接头;板材涂覆后进行铆接的接头防腐性能最优,但抗剪强度降低明显。     

不同材料压印接头的拉剪性能和疲劳性能

采用分体式下模压印连接设备分别对SPCC钢和5052铝合金进行压印连接,然后对两种材料的压印接头进行拉剪试验,并在不同载荷水平下进行疲劳试验,研究了它们的拉剪性能和疲劳性能。结果表明:在拉剪载荷下,铝合金压印接头从上、下板接触挤压的颈部发生断裂,钢压印接头在上、下板接触挤压的颈部发生断裂的同时发生剥离失效,压印接头的拉剪强度主要与上板的颈部强度有关;不同材料压印接头的疲劳性能均良好,钢压印接头的宏观裂纹出现在接头的盲孔边缘,垂直于载荷方向延伸,断裂发生在板材的接头处,其在0.75倍最大破坏载荷下的疲劳寿命超过500万次;铝合金压印接头在每种载荷水平下的疲劳寿命均可达200万次。     

自冲铆接、无铆钉铆接与电阻点焊强度对比试验研究

采用Q195钢板和5A05-O铝板对自冲铆接、无铆钉铆接和电阻点焊3种连接工艺进行了试验,对各种连接接头进行了拉伸测试,并且分析其失效形式。试验结果表明:对于钢板与钢板的连接,电阻点焊接头静强度大于自冲铆接和无铆钉铆接接头静强度;对于铝板与铝板的连接,自冲铆接接头静强度大于电阻点焊和无铆钉铆接接头静强度。对于不同连接工艺,钢板与钢板之间的连接强度约是铝板与铝板之间的连接强度的2到4倍。     

钢铝压-胶复合连接接头力学行为与失效机理研究

在钢铝压印连接界面之间加入胶粘剂,能有效提高接头性能,但接头的力学行为与失效机理非常复杂.以双相高强钢板DP590和铝合金板6061-T6为连接材料,对钢铝压-胶复合连接接头的力学行为和失效机理进行了有限元模拟和试验研究.基于ABAQUS有限元分析软件,采用GTN(Gurson tvergaard needleman)模型+内聚力(Cohesive zone)模型的混合失效模型,模拟了压-胶复合连接接头的成形和失效行为.通过压印连接、胶接以及压-胶复合连接接头的搭接剪切试验,对比分析了以上3种接头的失效模式和力学行为.结合压-胶复合连接接头的胶粘剂分布规律和胶层失效过程,揭示了压-胶复合连接接头的失效机理.     

超声波冲击提高高强度装甲钢焊接接头疲劳强度的应用研究

通过残余应力、疲劳寿命的对比,研究了超声波冲击处理对装甲钢焊接接头的疲劳寿命影响。试验结果表明,在相同载荷与试验条件下,受到超声处理的高强度装甲钢焊接接头疲劳寿命远远高于未受冲击处理的焊接接头。     

高强钢-铝合金异质薄板无铆成形连接试验

针对性能差异较大的异质材料6061-T6铝合金和HC340/590DP双相钢的无损伤连接问题,对基于无铆成形连接的钢铝混合车身连接技术进行研究,通过试验研究了钢-铝无铆连接的成形规律以及不同搭接形式下的连接质量。分别对上钢下铝和上铝下钢两种无铆连接接头形式的连接质量进行研究,利用成形截面颈部厚度、自锁值、底部厚度等重要工艺参数,分析了成形力对接头质量的影响规律。通过拉剪试验研究了无铆接头的强度和能量吸收值。分析和试验结果表明,采用上钢下铝的连接方式,成形力为40 kN时无铆接头质量较好,其强度与安全性均符合设计指标的要求。     

工艺参数对镁钛异质金属超声波点焊接头拉伸性能及疲劳性能的影响

镁、钛等轻合金在工业上的广泛应用离不开其异质结构件的连接,作为应用较为广泛的固相焊技术,超声波点焊技术是实现高强度连接的有效途径之一。对镁钛异质金属进行超声波焊接,研究焊接参数对接头拉伸性能及疲劳性能的影响规律,用极差分析法和方差分析法研究焊接参数及参数间交互作用的影响权重,通过疲劳试验结果和Paris模型分析焊接参数对接头疲劳性能的影响。研究结果表明：在镁钛超声波焊接接头拉伸性能中,焊接压力是最显著影响因素,其次是焊接时间和焊接振幅,另外焊接时间与焊接振幅之间的交互作用对性能也有显著的影响。疲劳性能中,接头在不同的循环次数下失效模式不同,通过微观分析研究界面断裂机制,当接头达到高强度连接时,过高的焊接参数会导致镁板厚度降低,从而显著降低焊件的疲劳性能,其中焊接压力影响最为显著。     

TC16钛合金螺栓及其连接30CrMnSiA钢板孔的疲劳行为

利用高频疲劳实验机和自制装置进行疲劳试验,研究了TC16钛合金螺栓连接30CrMnSiA高强度钢板结构的疲劳破坏行为,并通过扫描电镜(SEM)和有限元分析法分析了钢板和钛合金紧固件的失效机理。结果表明:30CrMnSiA高强度钢板件用TC16钛合金紧固件连接时在外加拉-拉疲劳载荷下,其疲劳破坏属于微动疲劳,寿命较带自由孔30CrMnSiA钢板件的常规疲劳寿命下降约60%,脱层和磨粒磨损是板孔微动疲劳的主要损伤形式。TC16钛合金紧固件连接30CrMnSiA高强度钢板结构在拉-拉疲劳载荷下,钛合金螺栓由于弯曲疲劳作用发生弯曲疲劳断裂,而非微动疲劳破坏。TC16钛合金螺栓表面进行阳极氧化处理有利于改善30CrMnSiA高强度钢连接板的微动疲劳性能。然而,钛合金螺栓表面进行阳极氧化处理由于韧性降低的缘故,却导致其常规弯曲疲劳抗力明显下降。     

某机型货舱连接接头的疲劳和损伤容限分析

根据某机型货舱连接接头的结构特点和应力有限元分析结果,针对危险点编制符合货舱门下部两梁之间的连接接头的细节应力谱,采用名义应力法计算得出货舱门下部梁1与梁2之间的连接接头的疲劳寿命。根据疲劳寿命计算结果,建立疲劳危险点区域的裂纹扩展分析模型,进行疲劳裂纹扩展寿命分析,最终验证了此连接接头的疲劳寿命和裂纹扩展寿命满足设计要求。     

2524-T3铝合金搅拌摩擦焊对接接头的疲劳性能

对2524-T3铝合金母材及三种尺寸搅拌摩擦焊(FSW)对接接头的疲劳性能进行了研究,获得了各试样的S-N曲线并进行了分析。结果表明:在疲劳寿命为1×105周时,小厚度、短焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为母材的80.8%,大厚度FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的80.3%,大焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的79.9%。     

铝合金压印接头微动疲劳机理研究

压印连接是近年来新兴的连接方式,因其具有简单高效、低耗环保等优点,使得在应用连接方面越来越受到重视。疲劳破坏是机械构件失效的主要形式,疲劳过程中的微动磨损是造成零部件失效的主要原因之一。基于以上条件,对铝合金压印接头的疲劳性能进行了试验研究,结果显示疲劳失效部位主要集中在下板靠近压印点处,断口处发现大量微动磨屑,经能谱分析可以确定磨屑成分主要为氧化铝和金属铝;对疲劳失效断口和微动磨损区域进行了扫描电镜分析,发现压印接头的微动磨损部位主要分为两类,并对其进行了定义,一类定义为颈部微动磨损,另一类定义为环点板间微动磨损。分析发现颈部微动磨损所占比例随着外加载荷的大小而变化,且微动磨损是导致压印接头疲劳失效的重要因素。     

铝合金焊接接头疲劳强度试验研究

通过焊接接头疲劳试验，对铝台金3A21和5083焊接接头疲劳性能和相应S-N曲线进行分析，计算对接和不同角接头疲劳强度和曲线参数，分析不同接头几何形状和焊趾半径对疲劳强度的影响，并且对不同几何型式的接头以及铝合金与钢焊接接头疲劳试验结果进行比较。不同的承载方式和接头几何型式导致应力集中；焊趾半径大小决定应力集中程度，最终影响焊接接头的疲劳强度。     

变幅载荷下超声冲击处理焊接接头的疲劳行为

为研究变幅载荷作用下超声冲击处理焊接接头的疲劳行为,采用非承载纵向角接接头进行了Q235B及16Mn钢原始焊态与超声冲击处理态的对比疲劳试验。试验结果表明：①在变幅载荷作用下,Q235B超声冲击处理试件与原始焊态试件相比,疲劳强度提高69%左右,疲劳寿命延长5.7～19.0倍。②在变幅载荷作用下,16Mn超声冲击处理试件与原始焊态试件相比,疲劳强度提高80%左右,疲劳寿命延长2.5～17.0倍。③在变幅载荷作用下,超声冲击处理焊接接头与原始焊态试件的疲劳性能均有所下降：Q235B超声冲击处理焊接接头的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的1/3,原始焊态的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的70%;16Mn超声冲击处理焊接接头的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的1/3,原始焊态的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的75%。④超声冲击处理焊接接头在承受强烈的变幅载荷时依然具有很高的疲劳强度。     

轴承钢生产中的钡合金脱氧工艺

为提高GCr15轴承钢的质量,在生产中采用钢包精炼炉进行钡合金脱氧,并将此工艺生产的钢与钢包精炼炉和真空精炼炉用铝脱氧的钢进行了夹杂物对比分析和疲劳寿命对比试验.结果表明:钡合金脱氧钢的疲劳寿命高于相同氧含量真空和非真空铝脱氧钢的,钢中的夹杂物细小均匀,呈弥散分布,并消除了点状夹杂物;喂钡合金线的脱氧效果优于直接加入钡合金块的,其疲劳寿命最高,最终氧含量达到7 mg·kg-1.     

Effect of welding heat input on fatigue life of quenched boron steel and FB steel lap joint

The effect of welding heat input on the fatigue life of a quenched boron steel and ferrite-bainite (FB) steel lap joint was investigated. Boron steel was quenched and welded with FB steel in heat input ranging from 0.29 to 0.67 kJ/mm. Boron, which can increase hardenability, affected the microstructure and hardness of the weld metal and heat affected zone (HAZ). The hardness of the weld metal and HAZ increased with decreasing welding heat input, and the high hardness of the weld metal and boron steel HAZ prevented the initiation of cracks in the stress concentration area around the bead. The bead width increased with increasing heat input, and the results of finite element method (FEM) showed that the maximum stress in the notch of the weld joint decreased when the bead width was increased. That is to say, the fatigue life increased when the weld joint had wider bead width. Finally, while the fatigue life was affected by the residual stress, the variation of the welding heat input used in this study had hardly any affect on the residual stress distribution.     

Fretting damage in thin sheets: Analysis of an experimental configuration

A method for evaluating fretting damage in thin sheets was developed for AISI 301 stainless steel in full hard condition in contact with AISI 52100 steel and cast ANSI A356 aluminum. Samples were subjected to fretting and then were subsequently fatigue tested to determine the impact of the fretting damage on fatigue life. A finite element model of the experimental configuration was used to determine the response for the experimental conditions imposed. The values of Fatemi-Socie critical-plane fatigue damage parameter are shown to correspond to the trends in the observed residual fatigue life for contact with AISI 52100 steel.     

ARC welding method for bonding steel with aluminum

When welding steel with aluminum, the appearance of intermetallic compounds of Fe and Al will decrease tenacity and increase rigidity, which leads to bad joint performance. A new type of low energy input (LEI) welding technology is introduced which can be used to weld steel with aluminum. Using the technology, brazing was located on the steel side and arc fusion welding on the aluminum side. The less heat input reduces the thickness of intermetallic compounds to 3–4 μm. Tensile strength tests prove that the joint breaks at the heat-affected zone and the strength is higher than 70% of the aluminum’s. Thus, the method can lead to a good performance joint.     

铝合金焊点疲劳性能及其影响因素分析

研究了铝合金AA5754和AA6111-T4焊点的疲劳性能,获得了不同厚度及试件类型的焊点疲劳数据;研究了试件类型不同时焊点的疲劳失效模式,讨论了焊点疲劳裂纹的扩展形式;分析了铝合金焊点疲劳寿命的影响因素。结果表明:焊点疲劳失效模式主要有两种,分别是母材“眉状”裂纹断裂和焊点熔核界面断裂;母材对焊点疲劳寿命影响不大;循环载荷比对焊点寿命有一定的影响,增大载荷比导致焊点疲劳寿命略有下降;试件类型对焊点寿命有很大的影响,应在设计中避免焊点承受剥离载荷。     

Q355NE+SUS304异种金属焊接接头组织与腐蚀疲劳性能研究

以Q355NE+SUS304异种金属焊接接头为研究对象,对其显微组织、3.5%NaCl+0.5%Na2SO4(质量分数),PH=5溶液腐蚀疲劳和腐蚀疲劳断裂特征进行了研究,分析了异种金属焊接接头腐蚀疲劳性能和断裂过程。结果表明:试验级腐蚀疲劳极限在170MPa左右,腐蚀疲劳裂纹起源于Q355NE侧的热影响区,逐渐扩展最终断裂于接头焊缝区,异种金属焊接接头构件级腐蚀疲劳通过4吨极限加载条件下的200万次试验,未发生破坏。