粘接剂对TA1钛合金异质板T型自冲铆接工艺影响研究

制备了TA1钛合金板与5052铝合金板或Q215镀锌钢板的异质T型自冲铆接头和异质T型粘接-自冲铆复合接头。通过剖面直观观察了接头成形质量,分析了宏观失效机理。基于剥离实验对比了各组接头的最大剥离载荷均值及能量吸收性能。结果表明:粘接剂(3M-DP460)对自冲铆接头成形质量影响较大,其大大提高了T型自冲铆接头的缓冲吸震能力;粘接剂对TA1-5052T型自冲铆接头失效形式无影响,但其改变了TA1-Q215T型自冲铆接头混合失效形式的分布;与TA1-5052T型自冲铆接头相比,其复合接头的最大剥离载荷均值降低了1.2%,粘接剂使TA1-Q215T型自冲铆接头的最大剥离载荷均值降低了6.1%。     

1420铝锂合金自冲铆连接研究

采用自冲铆连接技术对1420铝锂合金(AL1420)同种板及其与钛(TA1)组合板进行了连接,对其接头的静力学性能进行了研究。通过剖面直观检测法分析接头成形质量,并进行拉伸-剪切试验;同时基于MATLAB R2014b平台,通过用户自定义开发编写接头能量吸收值精确计算程序。结果表明:自冲铆连接工艺可以实现对AL1420同种及异种板材的有效连接,TA1-AL1420接头的静失效强度和能量吸收值大于另外接头的静失效强度和能量吸收值。TA1-AL1420接头适用于对承载和缓冲吸震能力要求较高的结构。     

预加热对TA1钛合金自冲铆接性能的影响

为探究温度对TA1钛合金自冲铆接性能的影响,在预加热条件下采用钛钛TA1+TA1、钛铝TA1+5052、铝钛5052+TA1这3种组合方式进行自冲铆接试验,对所得的接头进行静态拉伸试验,观察20,100和150℃这3种预加热温度下的接头成形截面和拉伸失效形式。结果表明:不同板料组合下的自冲铆接接头的成形截面不同,随着预加热温度升高,成形截面的底厚逐渐降低。在同一温度下,TA1+TA1接头的静强度最高,上板拉出而失效; TA1+5052接头次之,下板产生断裂失效;5052+TA1接头最低,上板产生断裂失效。随着预加热温度的升高,3种接头的静强度明显下降,但是失效形式不发生明显的变化;在能量吸收值方面,TA1+TA1接头的能量吸收值逐渐下降,TA1+5052、5052+TA1接头的能量吸收值逐渐上升。     

TA1钛合金异种板自冲铆接头剪切-剥离性能研究

采用自冲铆接技术(SPR)对厚度1.5 mm的钛合金(TA1)与1420铝锂合金(1420)以及铜合金(H62)异种板材组合进行了连接试验,并对制成的单搭和T型接头进行了剪切与剥离试验,分析了各组接头的失效模式以及静力学性能。结果表明:单搭接头组的静失效载荷均值明显高于T型接头组,但前者的能量吸收均值小于后者,接头形式及失效模式对能量吸收值有很大影响;TA1钛合金异种自冲铆接头拉伸剪切的失效模式取决于塑性变形后铆钉脚的强度、铆扣强度及下板接头处的材料强度。     

TA1钛合金板异质粘接-自冲铆复合接头力学性能研究

以TA1钛合金异质单搭粘接-自冲铆复合接头为研究对象,通过剖面直观检测法观察了接头成形质量。基于静力学实验对比了各组接头的静失效载荷及能量吸收性能,分析了各组接头失效模式。结果表明:三种粘接-自冲铆复合接头都具有良好的成形质量,其中TA1-5052复合接头钉脚张开度最大,铆钉刺入深度最深;TA1-Q215复合接头的静失效载荷最高,其能量吸收性能最优;三组接头胶层失效形式皆为基板与胶层粘接界面上的次价键被破坏,当上下板屈服强度差别较小时,接头失效形式为内锁破坏失效;反之,屈服强度较低的板断裂。     

钛合金自冲铆接头力学性能优越性研究

为了研究钛合金自冲铆接头力学性能的优越性,以TA1钛合金自冲铆(ST)接头为对象,以5052铝镁合金(SAB)、1420、8090铝锂合金(SAA、SAC)和Q215合金钢(SQ)自冲铆接头为参照,依据静力学试验结果对比分析了ST接头成形质量、静失效载荷、能量吸收值,并用扫描电子显微镜对接头静载失效进行了研究。结果表明:ST接头拥有优异的成形质量,钉头高度为0.02 mm,钉脚张开度为0.88 mm,残余底厚适中;钛ST接头拥有最高静失效载荷(6232.3N);ST接头能量吸收均值最高(24.9 J);ST接头静载失效形式为铆钉断裂,其断口呈脆性断裂特征。     

钛合金同种和异种板材压印连接研究

为研究钛合金压印接头的力学性能,先后对钛合金-钛合金(TA1-TA1)压印接头、钛合金-铜合金(TA1-H62)压印接头、钛合金-铝合金(Al5052-TA1)压印接头进行拉剪试验及失效模式分析,并采用学生t分布证明其数据可靠性。研究结果表明:三种接头均为上板颈部断裂;TA1-H62接头强度最大,Al5052-TA1接头强度最小;TA1-TA1接头能量吸收值最大,Al5052-TA1接头能量吸收值最小;钛板作为上板压印连接时,提高下板材料的塑性可以提高接头质量。     

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.     

下板强度对压印接头力学性能的影响

通过接头剥离和拉伸-剪切试验研究了铝锂合金(1420)和钛合金(TA1)同种异种压印T型和单搭接头的力学性能。由试验结果比较可知,低强度下板压印接头的承载能力较高,低强度下板在两种接头的能量吸收值均高于高强度下板。     

钢铝合金组合板自冲铆接头的力学性能研究

使用铝锂合金板(AL1420)和镀锌钢板(Q215)制备了自冲铆接头。通过对比试验获得了不同组合形式的接头最优铆接参数。通过拉伸-剪切试验研究了接头的静失效载荷及其能量吸收性能,对接头的失效形式及其宏观失效机理进行了分析。结果表明:钢铝合金不同组合形式的自冲铆接接头均能获得良好的成形性。AL1420-AL1420接头静失效载荷最大;Q215-AL1420接头失效位移最大,其缓冲吸震性能最优。钢铝合金组合接头的失效形式均为下板与铆钉分离;且下板材质对接头的综合性能影响较大。     

工业纯钛异种板材自冲铆连接及静态失效机理研究

为研究工业纯钛(TA1)和铜合金(H62)及铝合金(AA5052)自冲铆连接(SPR)的可行性,对其自冲铆接头进行拉伸-剪切试验,运用扫描电镜对接头断口进行微观分析,探究其静态失效机理,并基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立自冲铆连接过程的二维轴对称模型进行模拟。结果表明:SPR技术可实现H62-TA1和TA1-AA5052异种板材的有效连接,SPR试验和模拟具有良好的一致性;H62-TA1接头破坏模式为铆钉拉出,从微观角度分析可知上板不同位置出现不同程度被摩擦的痕迹,下板为韧性断裂;TA1-AA5052接头破坏模式为下板拉断,从微观角度分析其断口特征为韧性断裂。     

1420铝锂合金异种板压印接头力学性能的研究

为了研究1420铝锂合金(1420)与异种材料的压印连接能力,选取TA1合金板、镀锌钢板和H62铜合金板与1420进行异种压印连接试验。对三组接头进行拉伸-剪切试验,得到三组接头的载荷-位移曲线。结果表明:TA1-1420接头的镶嵌量最大为0.2 mm,H62-1420接头的颈部厚度最小为0.34 mm;TA1-1420、H62-1420接头在拉伸-剪切试验中的最大载荷分别为4618.729、3119.3 N;TA1-1420、H62-1420接头的平均能量吸收值分别为9.84、3.865 J。     

铝锂合金T型及单搭异种板压印接头力学性能研究

通过剥离和拉伸-剪切试验研究了铝锂合金(1420)和钛合金(TA1)的异种压印T型和单搭接头的力学性能,获得了每组接头的载荷-位移曲线和能量吸收直方图。结果表明,TA1-1420接头的成形质量优于1420-TA1接头;单搭接头失效载荷远大于T型接头,T型接头失效位移远大于单搭接头。因此,TA1-1420接头更适合对承载能力和缓冲抗震要求较高的结构;T型接头更适合小载荷大位移的结构,单搭接头更适合大载荷小位移的结构。     

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。     

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。     

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。     

铜合金同/异质板材压印-粘接T型接头的剥离性能研究

选取铜合金H62同种组合及与AA5052铝合金和Q215镀锌钢的异种组合进行压印-粘接复合连接,制作T型接头用于剥离试验,对接头失效断口进行SEM电镜扫描。结果表明:铜合金同/异质板材组合压印-粘接复合连接接头的抗剥离强度由粘接剂和压印结构共同承担,失效模式主要由压印结构决定。H62-H62接头的抗剥离强度均值可达到943.05 N,在三组接头中最高,能量吸收均值达到11 J,接头为下板拉脱失效并伴随压印点擦伤;H62-镀锌钢接头为上板撕裂失效,缓冲吸震能力最佳,为H62-H62接头的2.3倍。H62-AA5052接头出现下板拉脱和上板撕裂两种失效模式,剥离性能不稳定。     

连接形式与基板厚度对自冲铆接头静力学性能的影响

为了研究连接形式与基板厚度对自冲铆接头静力学性能的影响,制备了双铆钉搭接长度40 mm的5052铝合金自冲铆接头,其中两组拉伸-剥离试样的基板厚度分别为1.5 mm(DAA)和2.0 mm(BBT),一组拉伸-剪切试样的基板厚度为2 mm(DR)。基于准静态力学试验,分析了各组接头的强度、刚度、失效形式以及能量吸收水平。结果表明:DR组失效载荷约为BBT组的2.8倍,BBT组失效载荷约为DAA组的1.9倍;DR组刚度大于BBT组和DAA组;BBT组弯矩一直大于DAA组。三组自冲铆接头的失效模式为:DAA组、BBT与DR组均为铆钉与上板从下板拉脱,上板两个铆钉头下陷。BBT组能量吸收值约为DR组的1.2倍,约为DAA组的1.9倍。     

钛合金同种自冲铆接头的拉伸与剥离性能

为了分析钛合金(TA1)同种自冲铆单搭和T型两种接头的静力学性能,分别对两种接头进行了拉伸和剥离试验,并通过SEM扫描电镜对两种接头的失效部位的微观形貌进行了观察。结果表明:TA1+TA1的T型接头剥离时所承受最大载荷均值(1211.0 N)小于单搭接头拉伸时所承受最大载荷均值(4706.5 N)。单搭接头和T型接头的主要失效形式皆为下板拉脱使机械内锁失效,且下板皆有不同程度的刮擦损伤痕迹;特别是TA1+TA1单搭接头的铆钉管腿处出现不同程度的断裂,铆钉主要断口微观形貌为典型的沿晶断裂;T型接头下板存在很大的刮擦损伤。     

异种泡沫金属夹层板压印接头静力学性能对比分析

以Al5052-Al5052压印接头作为对照组,以添加1.5 mm泡沫铜、1.5 mm泡沫镍及1.5 mm泡沫铁镍夹层的Al5052-Al5052压印接头作为试验组,对4组接头进行破坏性试验,观察其截面,分析不同泡沫金属夹层对Al50525-Al5052压印接头成形质量的影响;通过拉伸试验,对比分析各组接头的峰值载荷、失效位移和能量吸收能力。试验结果表明:泡沫金属夹层板压印接头失效形式均为颈部断裂。泡沫金属夹层板压印接头峰值载荷(B组为1521.3 N,C组为1628.7 N,D组为1670.1 N)及能量吸收值(B组为0.77 J,C组为0.75 J,D组为0.78 J)均高于Al5052-Al5052压印接头(峰值载荷为1477.5 N,能量吸收值为0.57 J),其中泡沫铁镍夹层板效果最佳。