铆接力对铝/钢自冲铆接头几何特性的影响

以铝合金为穿孔板、以低碳钢为锁紧板,对其进行了自冲铆连接。观察、分析了接头横断面几何特性随铆接力的变化。随着铆接力的增大,铝合金与钢自冲铆接头的喇叭口直径、铆钉腿展开度、切入量均呈增大趋势,而下板凸起高度、底角余量则呈下降趋势。在16～24 kN铆接力范围内,铝合金与钢自冲铆接头的底部厚度变化较小,当铆接力大于24 kN,底部厚度随铆接力的增大突然下降。结果表明:铝合金与钢自冲铆接头的抗剪载荷随着铆接力的增大呈先增大后下降的变化趋势,铆接力为24 kN时接头抗剪载荷达到最大,约为5.88 kN。     

铝合金/低碳钢的电阻铆焊接头特性

采用自冲铆与电阻点焊的复合连接方法对铝合金与低碳钢进行了焊接。利用扫描电镜对接头微观组织进行了观察,对接头的抗剪、十字抗拉性能进行了测试。结果表明,在铆钉腿与铝合金的界面、铆钉腿外侧的铝合金与钢的界面观察到了Fe-Al系金属间化合物。接头的抗剪力与十字抗拉力随着焊接电流的增加先增大后减小,其最大值分别约为7.5 kN与4.2 kN。自冲铆与电阻点焊的复合连接方法比较适用于铝合金与低碳钢的连接。     

凹模形状对铝合金/钢电阻铆焊接头性能的影响

采用3种不同形状的凹模对铝合金/钢进行了自冲铆连接,随后对其自冲铆接头进行了电阻点焊,研究了凹模形状和焊接电流对接头的抗剪载荷和十字抗拉载荷的影响,观察并分析了电阻铆焊接头界面接合状态.结果 表明:中心呈正态分布曲面的凹模的自冲铆接头性能较好,在铆接压力为24 kN时接头性能达到最优,其抗剪载荷和十字抗拉载荷分别为5....     

以铝质铆钉为单元件的铝合金/钢的电阻单元焊

以腿径为6 mm的铝质铆钉为单元件对铝合金A6061与低碳钢Q235进行电阻单元焊，并利用扫描电镜对接头界面区域进行了组织观察，研究了焊接电流、焊接时间对接头抗剪载荷和十字抗拉载荷的影响。结果表明：焊接电流大于18 kA时，靠近熔核的铆钉腿与上板钢的界面、上板钢与下板铝合金间界面生成了金属间化合物层。随着焊接电流增大、焊接时间的增加，接头的抗剪载荷和十字抗拉载荷均呈先增大后下降的变化趋势；当焊接电流为26 kA、焊接时间为300 ms、电极压力为3.1 kN时，接头的抗剪载荷达到最大，其值约为5.86 kN。     

铆钉硬度对铝合金/钢电阻铆焊接头性能的影响

采用电阻铆焊的方法对A5052铝合金和Q235低碳钢进行焊接，分析了自冲铆铆钉的硬度和焊接参数对电阻铆焊接头的宏观形貌和力学性能以及铆钉腿端部与下板间的接合状态的影响。结果表明：采用高硬度铆钉(HRC为42±1)的电阻铆焊接头中形成的孔洞缺陷较少，其宏观形貌优于采用中等硬度(HRC为36±1)和较低硬度(HRC为33±1)铆钉的焊接接头。采用高硬度铆钉焊接时，随着焊接电流的增大，残留于铆钉腿端部与下板间的铝合金变薄。当焊接电流为10 kA,焊接时间为400 ms时，高硬度铆钉的焊接接头的最大抗剪力为7.67 kN。     

基于定位电极的铝合金/钢电阻铆焊接头的组织与性能

采用自冲铆与电阻点焊的复合连接工艺焊接铝合金与钢,点焊中以定位电极为下电极以保证电极与铆钉的同轴度。分析了接头中各界面接合状态,探讨了焊接电流对接头的断面特征参量和抗剪载荷的影响。在所得电阻铆焊接头中,铆钉腿与周边金属实现了冶金结合。当采用直径为10 mm的上电极,焊接电流为10 kA时,接头的抗剪载荷达到6.78 kN。结果表明：采用定位电极对铝合金A6061与低碳钢Q235自冲铆接头进行点焊可提升接头性能。     

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。     

基于铆钉辅助的铝合金/钢电阻点焊接头的组织与性能

为提高铝合金/钢接头强度,在电阻点焊中引入一个具有端帽的钢制铆钉。改变铆钉腿径、焊接电流等参数对铝合金/钢进行焊接,观察并分析了其焊接接头各区域微观结构,探讨了焊接条件对接头性能的影响。结果表明：当采用的铆钉腿径为8 mm,焊接电流为14 kA时,接头的抗剪载荷和十字抗拉载荷分别达到6.31 kN和4.10 kN。在具有端帽的铆钉辅助下,对铝合金A6061与低碳钢Q235进行点焊可获得性能较高的接头。     

粘接剂对三明治结构自冲铆接头力学性能的影响

为探究粘接剂对三明治结构自冲铆接头力学性能的影响,制备了三明治结构的自冲铆接头和粘-铆复合接头,通过拉伸-剪切试验研究接头的静失效载荷、失效位移、抗剪刚度及能量吸收能力,分析接头的失效形式及其宏观失效机理,运用MATLAB对接头的静失效载荷和失效位移进行分析。结果表明:泡沫镍夹层可增大三明治结构自冲铆接头的钉脚张开度;粘接剂减小了粘-铆复合三明治结构接头的残余底厚量和钉角张开度,但使接头的抗剪刚度和静失效载荷分别提升了35.5%和30.8%;粘-铆复合三明治接头的失效形式为下板铆接区域板料粘附于铆钉腔内,并随铆钉脱离下板;同时,粘接界面上的次位键断裂。     

基于镁质铆钉的铝合金/镁合金电阻单元焊接接头的组织与性能

受形成于接合界面的金属间化合物的影响，铝合金与镁合金的电阻点焊接头性能难以达到工程应用的要求。为了提高接头的性能、拓宽铝合金/镁合金点焊的应用，分别以腿径为4、6、8与10 mm的镁质铆钉为单元件对AZ31B镁合金与A6061铝合金进行电阻单元焊，并利用扫描电镜观察了接头界面区域的组织，研究了焊接电流和焊接时间对接头抗剪载荷的影响。结果表明：接头中的铆钉帽/上板铝合金、铆钉腿/上板铝合金、上板铝合金/下板镁合金界面处形成了反应物层，主要由Al₁₂Mg₁₇构成，其厚度因位置不同而有所不同。随焊接电流、焊接时间的增大，A6061/AZ61B-REW接头熔核直径增大，抗剪载荷呈先增大后降低的变化趋势；当采用10 mm腿径的铆钉，在焊接电流为25 kA、焊接时间为160 ms以及4.8 kN的电极压力进行焊接时，焊接接头的抗剪载荷最大，约为5.19 kN。     

粘-铆复合"三明治"结构自冲铆接头的力学性能研究

为了探究粘接剂对"三明治"结构自冲铆接头性能的影响,制备了"三明治"结构的自冲铆接头和粘-铆复合接头,观测了接头的成形特征并分析了其成形机理。通过拉伸-剪切试验和剥离试验研究了接头的刚度、静失效载荷及能量吸收能力。结果表明:泡沫镍夹层可增大"三明治"结构自冲铆接头的钉脚张开度;粘接剂的润滑作用减小复合"三明治"结构接头的残余底厚和钉角张开度,粘铆复合接头的失效位移和能量吸收值降低;粘接剂使单搭接头的抗剪刚度和静失效载荷分别提高54.6%和27.5%,同时使十字接头的拉压刚度提高115.5%。     

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.     

30%碳纤维增强PA6复合材料的超声焊接-铆接复合连接工艺

该研究采用一种特殊设计的具有双凸缘结构的铆钉，制备了30%碳纤维增强PA6复合材料的超声波焊接-铆接复合连接接头，研究了焊-铆接头的宏观形貌、截面结构、失效形式、抗剪强度和剥离强度，并分析了焊-铆接头力学性能的改善机制。结果表明，超声波焊接-铆接复合连接的过程由库伦摩擦、铆钉铆入上板、铆钉铆入下板、焊合面材料熔化和凝固5个阶段组成。所制备双凸缘钉子的沟槽有效阻止了接头焊合面熔化材料的溢出，促进了铆钉与铆接板材间的机械互锁和铆钉周围焊核的形成，因此改善了焊-铆接头的抗剪强度、剥离强度和吸能性能。相对于抗剪强度，其对剥离强度的改善效果更显著。采用最佳焊铆参数下制备的焊-铆接头的抗剪强度和剥离强度较单一超声波焊接头分别提高了29.9%和39.2%。焊-铆接头的强度的改善缘于焊合面上铆钉周围形成的焊核及铆钉与铆接板材间的机械互锁的综合作用。     

不同结构形式的航空铝合金自冲铆接接头的静失效行为

采用自冲铆接技术制备了5052铝合金在凸底和平底两种模具下的铆接结构。通过改变板材的搭接形式,开展了自冲铆接接头在拉伸-剪切和剥离载荷作用下的力学响应及失效行为分析。结果表明：薄板作为上板铆接可以承受更高的剪切载荷并可增大失效位移。当板厚相同时,平底模具接头的抗剪切能力和抗剥离能力优于凸底模具接头。从宏观角度,凸底模具接头的失效形式主要为纽帽粘附铆钉底部从下板拔出失效,同时有上板断裂失效形式出现;平底模具接头的失效形式为拉脱失效以及上板轻微撕裂而导致的铆钉嵌入下板失效。从微观角度,平底模具剥离接头以上板在铆口的剪切断裂为主要失效原因;对于薄板作为上板的凸底模具单搭接头,失效机理为上板的微孔聚集型韧性断裂;其余因铆钉拔出而失效的接头,其下板铆口处呈现显著的刮擦形貌。     

粘接剂对铝合金自冲铆接头力学性能的影响

制备了5052铝合金和8090铝锂合金的同质单搭自冲铆接头和同质单搭粘接-自冲铆复合接头。通过静力学试验获得各组接头的静失效载荷,并计算了各组接头的能量吸收值。分析了各组接头的成形质量及宏观失效机理。结果表明:粘接剂(3MDP100)使5052铝合金自冲铆接头静失效载荷增加了2.30%,使8090铝锂合金自冲铆接头静失效载荷降低了5.37%;粘接剂的使用对接头成形质量影响较大,其相对降低了自冲铆接头的能量吸收值;5052铝合金自冲铆接头的失效模式为下板与铆钉分离;8090铝锂合金自冲铆接头的失效模式为下板与铆钉分离,上板靠近铆钉附近地方发生轻微撕裂且下板出现脱层现象;两种复合接头的失效模式均为下板与铆钉分离以及基板与胶层粘接界面的次价键被破坏。     

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.     

折弯长度与铆钉数量对T型自冲铆接头静力学性能的影响

为了研究折弯长度及铆钉数量对T型自冲铆接头静力学性能的影响,采用最优铆接参数制备了两铆钉折弯长度分别为20 mm(AAT)和40 mm(DAA),单个铆钉折弯长度为40 mm(SAA)三组5052铝合金T型自冲铆接头。基于拉伸-剥离实验,分析了各组接头的强度、刚度、失效形式以及能量吸收水平。对自冲铆T型接头所受弯矩进行了分析,推导出T型自冲铆接头弯矩计算公式。结果表明:AAT组失效载荷约为DAA组1.1倍,DAA组失效载荷约为SAA组2倍;三组自冲铆接头失效模式分别为:DAA组与SAA组均为铆钉从下板拉脱,AAT组仅有1个铆钉从上板拉脱;DAA组能量吸收值约为AAT组的1.5倍,约为SAA组的1.9倍。     

碳纤维-铝合金电磁铆接与准静态压铆对比

为了探究电磁铆接技术在碳纤维复合材料上的可行性,采用碳纤维-铝合金结构为研究对象。探究了碳纤维-铝合金电磁铆接接头的干涉量及剪切、拉脱性能,并与传统准静态压铆技术进行了对比。结果表明:无论是Φ4 mm铆钉,还是Φ6 mm铆钉,电磁铆接结构相对干涉量不仅均匀性更好,而且平均值更高,分别从4.96%提升到5.20%,6.85%提升到7.85%;电磁铆接接头剪切性能有较大提高,对于Φ4 mm铆钉和Φ6 mm铆钉,电磁铆接最大剪切力相比准静态压铆分别提高了19.7%和5.2%;电磁铆接接头拉脱性能有较小提高,对于Φ4 mm铆钉和Φ6 mm铆钉,电磁铆接最大拉脱力相比准静态压铆提高了3.9%和6.6%。结果说明电磁铆接技术更适合复合材料的连接。     

铆向对双铆钉自冲铆接头拉伸及剥离性能的影响

为了探究铆向对自冲铆接头力学性能的影响,制备了不同铆向组合的双铆钉自冲铆接头。在拉伸-剪切试验后,观察了各组接头的宏观失效形式并分析其失效机理。同时运用MATLAB对接头的静失效载荷和失效位移进行了研究,对接头的能量吸收值进行了计算。结果表明:铆接方向影响接头的失效形式及变形程度,影响接头的力学性能。铆向相反的单搭双铆钉接头具有更优的承载能力,其失效位移为9.2 mm,比同向单搭接头组增大了16.5%。铆向相同的双铆钉T型接头静失效载荷略大于铆向相反的接头组,铆向对剥离测试中接头的失效位移影响不大。铆向相反的单搭双铆钉接头能量吸收均值较铆向相同的单搭双铆钉接头提升16.1%;铆向相同的双铆钉T型接头能量吸收均值达57.1 J,比铆向相反的T型接头提升2.9%。     

钉脚张开度对自冲铆构件机械内锁刚度的影响

利用数字图像分析技术研究了铆钉张开度对自冲铆接头机械内锁结构刚度的影响.借助材料性能试验机对具有不同铆钉张开度的5052铝合金板自冲铆接头进行单向静拉伸试验,加载过程中利用CCD获取自冲铆机械内锁结构形变的图像序列,利用图像相关分析计算不同载荷水平下铆钉脚与底板的滑移错动量,建立滑移-载荷曲线,并据此评估结构件刚度大小;建立自冲铆接头有限元模型,对比分析不同钉脚张开度的自冲铆机械内锁的失效过程.结果表明,在受载状态下,自冲铆接头存在一个临界滑移启动载荷值,当外载荷小于此临界值时,机械内锁结构保持相对完整,处于弹性变形阶段;大于此临界值时,滑移错动量明显增大,结构发生塑性大变形,并最终呈现脱离失效模式.其次,钉脚张开度对自冲铆构件的强度和刚度影响较大,提高钉脚张开度有助于增大构件整体刚度.