TA1钛合金自冲铆接与点焊连接抗拉剪性能的对比

采用自冲铆接(SPR)和电阻点焊对厚度为1.5 mm的钛合金板材进行了连接试验。通过剖面直观检测法分析了自冲铆接头成形质量并获得板材的最优铆接参数;利用超声波C扫描法对点焊接头进行了超声成像检测,获得其熔核直径;对试件进行拉伸-剪切试验并比较了两种接头的静力学性能。结果表明:自冲铆连接工艺可以在不预先热处理条件下对钛合金同种板材进行有效连接;在点焊接头的熔核直径与铆钉钉腿直径接近的条件下,点焊接头比自冲铆接头的静失效载荷高,点焊接头的能量吸收能力更强,适用于对缓冲吸震性能要求较高的结构。     

TA1铆焊复合接头与自冲铆接头力学性能对比

采用铆焊复合连接技术(对TA1进行自冲铆接后,再对其进行电阻点焊)对TA1钛板进行了连接,通过分析TA1铆焊复合接头与自冲铆接头的载荷-位移曲线和宏观失效形式,比较了TA1铆焊复合接头与自冲铆接头在静力学性能、截面成形、失效机理、能量吸收值等方面的不同。结果表明:铆焊复合接头的平均静失效载荷大于自冲铆接头的平均静失效载荷;与自冲铆接头相比,铆焊复合接头中铆钉与板材、板材与板材之间接触更致密;铆焊复合接头的失效形式为铆钉腿被切断,同时伴随下板撕裂,自冲铆接接头的失效形式为铆钉腿被切断;在能量吸收值方面,铆焊复合接头相比自冲铆接头更大。     

无铆和自冲铆在汽车行业中的应用

采用不同厚度板材对自冲铆铆接和无铆钉铆接进行两种连接方法试验。通过拉伸试验测定接头抗剪强度,并结合接头失效形式、接头剖面形貌对铆接接头进行综合评价分析。结果表明:板材越厚,无铆和自冲铆接头失效过程中需要吸收更多能量,因而有更高的连接刚度和抗剪强度;无铆接头常见失效形式为上下板材拉脱失效;自冲铆接头常见失效形式为板材撕裂失效和铆钉腿部拉脱失效。     

铝钛异种薄板冷连接工艺及力学性能研究北大核心CSCD

采用5A06铝合金和TA1钛合金薄板进行自冲铆接、拉铆连接和无铆连接,并进行拉伸试验分析接头的力学性能差异。结果表明:自冲铆接头的整体力学性能最优,拉铆接头次之;搭接顺序对自冲铆接头无明显影响;当5A06铝合金板作为上板时,拉铆接头的静力学性能较好,当TA1钛合金板为上板时,无铆接头的静力学性能较好。自冲铆接头的失效形式主要为铝板拉断且断口处有大量韧窝;拉铆接头的失效形式与薄板搭接顺序有关,铝-钛搭接时接头的失效形式为铝板拉断,钛-铝搭接时接头的失效形式为铝板拉脱;无铆接头的失效形式较为统一,均为颈部断裂失效。     

摩擦加热AZ31镁合金板材的自冲铆接

采用摩擦加热的方法对2 mmAZ31镁合金板材进行加热,然后对其进行自冲铆接.对摩擦加热过程中板材的温度变化、板材的表面损伤、自冲铆接效果以及铆接接头的剪切和疲劳性能进行了研究.结果表明,摩擦加热可以将板材的温度迅速提高到自冲铆接所需要的温度,加热过程会对板材表面造成一定损伤,但损伤程度轻微；将镁合金板材摩擦加热至180℃以上再进行自冲铆接可以有效避免板材的开裂,消除裂纹,增加铆钉与板材之间的互锁量,因而可获得具有优良剪切及疲劳性能的自冲铆接接头.与电热板加热同类型镁合金板材的自冲铆接接头相比,摩擦加热自冲铆接接头的剪切强度及疲劳性能均有所增加,这表明摩擦加热对板材表面造成的轻微损伤对铆接接头的力学性能几乎没有影响.     

镀锌钢-1420铝锂合金电阻点焊及压印接头连接强度对比

对镀锌钢-1420铝锂合金电阻点焊接头及压印接头进行强度对比,利用超声扫描显微镜,分析镀锌钢-1420电阻点焊接头的C扫描图像,得到电阻点焊焊核内部各个区域的特征;采用直接观测法观察镀锌钢-1420压印接头的成形质量;通过MTS材料试验机进行拉伸-剪切试验,得到电阻点焊接头和压印接头的静失效载荷、失效形式及能量吸收值。结果表明:电阻点焊和压印连接都能很好地对镀锌钢-1420进行连接;在镀锌钢-1420异种板材的拉伸-剪切试验中,电阻点焊接头的静拉伸载荷(4593.8 N)高于压印接头的静拉伸载荷(3119.3 N);电阻点焊接头的失效模式为部分界面撕裂,压印接头的失效模式为上板拉脱失效并伴随部分上板颈部断裂;镀锌钢-1420压印接头的能量吸收值(4.757 J)要大于电阻点焊接头的能量吸收值(3.861 J),压印接头有良好的能量吸收能力,缓冲吸震性强。     

自冲铆接头组织及性能分析

分析了有铆自冲铆接和压印连接的工艺特点,对比了两种不同连接方式的接头抗拉伸-抗剪强度;利用阳极化覆膜的方法制备接头金相试样,对接头机械自锁区材料的组织及流向进行观测.结果表明,有铆自冲铆接的抗拉伸-抗剪强度高于压印连接.机械连接导致的材料塑性变形,使晶粒由母材区的等轴状逐渐向纤维状过渡,依据晶粒分布特性,将有铆自冲铆接头截面划分为:母材未变形区、上板内锁区、下板内锁区、上板过渡区、下板过渡区、塑性影响区.在接头自锁区附近由于纤维组织的形成,使金属的性能产生各向异性,沿纤维方向的强度和塑性将高于垂直方向.     

1420铝锂合金电阻点焊与压印连接力学性能对比

对1420铝锂合金同种板材分别进行电阻点焊和压印连接试验,对连接试验所得的各组接头进行拉伸-剪切试验。对电阻点焊接头进行超声扫描和破坏性检测,对压印接头进行破坏性检测。分别从接头的成形质量、载荷承载能力、失效形式和能量吸收能力等方面进行对比分析。试验结果表明:超声扫描可以有效检测电阻电焊连接接头的焊核直径;电阻点焊连接接头的载荷承载能力(均值载荷为3679.1N)和能量吸收能力(能量吸收均值为3.164 J)均优于压印连接接头(均值载荷为2232.3N,能量吸收均值为0.619J)。     

电阻点焊、塞焊及盲铆异种钢接头的拉剪强度对比分析

以双相钢CR440Y780T与低合金钢CR340LA为基材,对比分析了电阻点焊、塞焊(MIG焊,焊丝分别为CuAl7与CuSi3)与盲铆三种连接接头的拉剪强度,为车身焊点修复方案确定提供了试验与理论依据。试验结果表明,CuAl7与母材的匹配程度优于CuSi3,焊接后结构强度较高,在薄板母材上开孔塞焊的结构强度也好于在厚板母材上开孔塞焊。盲铆的稳定性好,强度较塞焊更好,受人工操作影响小,但可操作性方面容易受到限制。对比三种连接方式的试验结果,电阻点焊接头强度最高,盲铆接头的强度约为电阻点焊的60%,塞焊接头(焊丝CuAl7)强度与盲铆接头相近,塞焊接头(焊丝CuSi3)强度最低。     

影响铝合金搅拌摩擦焊搭接接头性能的因素

本文研究了搅拌摩擦焊搭接接头的界面形态和机械性能.连接了航天工业常用的板材铝合金2024-T3和7075-T6两种材料.通过观察接头横截面的金相和失效部位,发现所有接头都存在板间临界界面.因此,施加二次重复焊以消除板间临界界面.结果表明搅拌摩擦焊搭接接头在强度方面,具有取代其它类似电阻点焊和铆接等连接方法的潜能.     

Mechanism of superiority of fatigue strength for aluminium alloy sheets joined by mechanical clinching and self-pierce riveting

The static and fatigue strengths of mechanically clinched and self-pierce riveted joints in aluminium alloy sheets were compared with those of a resistance spot welded joint. Both static and fatigue strengths of the joint for the self-pierce riveting were the highest. Although the static strength for the mechanical clinching was about half for the resistance spot welding, the fatigue strength was almost similar. The mechanism of superiority of fatigue strength for the mechanical clinching and self-pierce riveting and was examined from finite element simulation of elastic loading of the joints. In the resistance spot welding, the stress concentrates at the edge of the weld nugget due to the complete bonding, whereas the concentration of stress is relaxed by the slight slip at the interface between the sheets for the mechanical clinching and self-pierce riveting. In addition, the yield stresses for the mechanical clinching and self-pierce riveting are increased by the work-hardening undergone during the joining processes, whereas the yield stress for the resistance spot welding is reversely decreased by the annealing in the welding. It was found that the mechanical clinching and self-pierce riveting have superior fatigue strength.     

冲击式自穿孔铆接方法及其接头性能

采用一种新型的应用火药作为驱动力的铆接方法和试验设备.对影响该方法的主要因素如模具尺寸、铆钉硬度进行分析.用该设备铆接铝合金板形成的接头的拉剪强度、十字抗拉强度以及疲劳强度与点焊形成的接头进行比较.试验证明这种新型的自穿孔铆接接头比点焊接头有更好的力学性能.     

汽车车身铝合金连接构件的拉伸试验分析

铝合金板在汽车车身中有着广泛的应用,对6082-T6铝合金在3种连接工艺下的拉伸强度进行了试验研究。首先,对比了自冲铆接连接工艺(SPR)下单铆、双铆、三铆的连接强度;并进一步对比了自冲铆接(SPR)、热融自攻丝铆接(FDS)和点焊(RSW)3种连接工艺的结构件的单铆的连接强度。利用MTS810型液压万能试验机结合图像相关技术(DIC)对上述铆接形式的试件进行拉伸试验,研究3种连接形式的强度与可靠性。通过SPR连接形式下的单铆、双铆和三铆试件的试验结果对比可知:双铆试件能够充分发挥铝合金材料性能,对采用SPR铆接形式的产品的安全设计有重要意义。通过对3种连接形式的单铆对比发现:SPR连接工艺的承载能力好、可靠性高。该试验结果可以指导汽车工艺的选择和优化。     

铝钢点焊铆接复合连接技术

提出了一种点焊与铆接复合进行铝钢连接的技术,即在待焊试样区域预制工艺孔,将铆钉铆入孔中,利用铆接力实现试样的预连接.然后使用点焊机在铆接位置进行点焊,实现铆接与点焊的复合连接,称为"点铆焊".文中分析了该方法的力学性能、微观组织、断裂模式,并同纯点焊与纯铆接进行了比较.结果表明,点铆焊的抗拉强度比纯点焊提高了23.8%,比纯铆接提高了28.7%,失效前吸收功比纯点焊提高211%,比纯铆接提高67%.虽然在点铆焊过程中也会产生脆性金属间化合物,但这些区域并不是主要的承载部位,点铆焊为塑性断裂模式.     

Mechanical clinching of ultra-high strength steel sheets and strength of joints

Ultra-high strength steel sheets having low ductility were joined by mechanical clinching with dies for control of metal flow. The diameter and depth of the die were modified to relieve concentration of deformation of the sheets for avoidance of the occurrence of sheet fracture. As the tensile strength of the steel sheets increased, the interlock decreased due to small metal flow. Two kinds of the ultra-high strength steel sheets having different ductility were used. The ultra-high strength steel sheets having large ductility were successfully joined using die having modified shape, whereas the sheets having small ductility were not joined. The static and fatigue strengths of the mechanically clinched joint were compared with those of the resistance spot welded joint. Although the static load of the mechanically clinched joint was smaller than that of the resistance spot welded joint in both tension-shearing and cross-tension tests, the fatigue load of the clinched joint was larger in the large number of cycles. It was found that mechanical clinching has superior fatigue strength due to the large yield stress of the sheets and relaxation of the stress concentration.     

铆钉对TA1与1420自冲铆接工艺及失效行为的影响

采用自冲铆接技术对TA1与1420异质薄板组合铆接工艺进行了详细分析,且以长度6 mm,硬度44 HRC ±2 HRC和48 HRC ±2 HRC的铆钉制备了TA1-1420接头（TAF）、1420-TA1接头（ATF）和TA1-1420接头（TAS）.通过拉伸-剪切和疲劳试验获取了三组接头的失效模式,借助电子扫描显微镜研究了铆钉对TA1与1420异质薄板接头失效行为的影响.结果表明,铆钉对TA1与1420异质薄板组合的铆接工艺有明显影响,采用6 mm长度的铆钉能够实现对其有效连接,采用高硬度铆钉可减轻铆钉墩粗程度.铆钉硬度提高使接头失效部位由下板大变形区域下移至接头底部,导致异质薄板组合接头的失效行为存在差异.     

Fatigue behaviour and life estimation of Mg/Al ultrasonic spot weld bonding welds

Mg/Al dissimilar joints with favourable static and dynamic mechanical properties were obtained utilising ultrasonic spot welding and ultrasonic spot weld bonding technology. The fatigue behaviour, fatigue failure mode, and typical fatigue fracture surface morphology of Mg/Al ultrasonic spot welding and ultrasonic spot weld bonding joints were compared and observed to get a better understanding of the fatigue failure mechanism. In general, the Mg/Al ultrasonic spot weld bonding joint exhibited better fatigue performance than the ultrasonic spot welding joint. The two kinds of joints presented different fatigue failure modes with decreasing applied load level. A fatigue life prediction model was established, and the fatigue life prediction results were in good agreement with the experimental fatigue results.     

自冲铆接凹模损伤对铆接质量的影响

采用了试验结合有限元仿真的方法,对自冲铆接(Self-Piercing Riveting,SPR)设备中的重要部件凹模出现的不同程度的损伤情况可能对SPR接头质量产生的影响进行了试验研究。对凹模的受损情况进行统计分类,根据凹模的受损程度将凹模分为早期受损、中前期受损等5个级别。使用不同受损程度的凹模对厚度为1. 5 mm的A6111铝板进行自冲铆接,测量铆接接头的外观质量与接头剖面几何参数。通过拉伸-剥离仿真试验,探究凹模断裂损伤对SPR铆接接头的连接质量的影响。试验结果表明:凹模损伤会对接头表面外观质量造成损伤,并且会随着凹模损伤程度的增加而增大;凹模没有发生断裂时,凹模损伤对接头剖面的几何参数不会产生太大影响;凹模发生断裂,会降低接头的连接质量。     

钛合金胶接点焊与电阻点焊接头性能对比分析

分别对1.5 mm厚的钛合金板进行胶接点焊和电阻点焊连接,获得了不同焊接电流下的胶接点焊和电阻点焊接头,从熔核的C扫描图像、接头的失效载荷和断口形貌等方面,对比分析了胶接点焊和电阻点焊的接头强度及失效样貌. 结果表明,通过观察A扫描信号的变化与C扫描图像的特征,能够很好的划分接头的热影响区、熔合区、熔核区以及检测出接头的熔核直径和焊接缺陷. 随着焊接电流(7.0～10.0 kA)的逐渐增大,接头熔核直径及失效载荷呈递增趋势;当焊接条件相同时,胶接点焊接头的熔核直径普遍大于电阻点焊接头,但接头的强度相当. 当电流在7.0～8.5 kA时,接头强度不足,熔核区的断口处出现大小不等的韧窝,呈现出韧性断裂特征;当电流为10.0 kA时,接头强度较高,主要呈现出韧性断裂与准解理断裂特征.     

TA1钛合金自冲铆接接头疲劳性能及失效机理分析

采用轴向加载的形式对TA1钛合金自冲铆接试样进行疲劳试验,分析了不同因素下试样的疲劳强度变化规律;通过扫描电镜对试样失效断口和微动磨损进行分析,研究试样的失效机理. 结果表明,在同种铆接因素下,试样疲劳强度随应力比的增大而增大,随最大载荷值的增加而下降. 通过断口分析发现,铆钉断裂失效时,疲劳裂纹主要产生在钉胫外侧;基板断裂失效时,疲劳裂纹首先萌生在铆钉胫尾部与下板接触区域. 基板与铆钉的微动磨损在某种情况下存在竞争机制,当铆钉微裂纹扩展速率大于基板时表现为铆钉失效,反之为基板失效.