胶焊接头的三维弹塑性应力分析

采用三维弹塑性有限元方法,数值分析了胶焊搭接接头的应力分布,并与点焊接头、胶接接头的应力分布情况相比较。结果表明,胶焊接头搭接区中应力分布均匀,其焊点内部不存在点焊接头焊点中所具有的高应力,消除了点焊接头中焊点边缘处的应力集中。胶焊接头的应力分布特征与胶接接头十分相似。由应力分析预测的接头强度与已有的试验结果一致。     

镁合金激光胶接焊接头微观及力学性能

采用激光胶接焊焊接镁舍金，利用现代测试手段分析接头的微观组织特征，并分别研究激光焊、胶接和激光胶接焊3种接头在相同工艺参数下的剪切力和抗剥离力，在较好的工艺参数下，激光胶接焊焊缝成形良好。在激光热源的作用下，焊缝区内胶层受热分解并以气体形式逸出焊缝，并未影响焊缝的组织熔舍；焊缝边缘附近胶层炭化裂解，存在胶层失效区，虽减小胶层的承载面积，但该区域很窄，对接头的实际承载能力影响不大。激光胶接焊接头剪切力最大，胶接接头次之，激光焊接接头剪切力最小；激光胶接焊接头的抗剥离力远大于胶接接头的抗剥离力。激光胶接焊有效提高接头的实际承载能力，因此具有很大的发展潜力。     

胶焊搭接接头的应力分布和疲劳行为研究

考察了胶焊接头焊点区的结构组成和硬度分布,建立了胶焊接头的计算模型,模型中计人了若干结构细节,使之与实际接头更为接近。计算并对比研究了胶焊和点焊、胶焊和胶接接头中的应力。通过疲劳试验获得了三种接头的－Ｎ曲线,研究了三种接头的疲劳性能和断裂特征。结果表明,数值分析所得应力与疲劳性能试验结果及试验现象吻合良好。在电阻点焊接头中采用胶粘剂,可大大改善电阻点焊接头的疲劳性能,而焊点对胶接接头的疲劳性能有不利影响。     

胶焊连接力学性能的影响因素研究

通过试验研究了胶层和母材强度对胶焊连接头力学性能的影响,并对接头性能的影响因素进行了分析。试验表明:胶焊中的胶层可增加焊核直径,即得到同一直径大小的焊核,胶焊比点焊所需电流更小,故胶焊能耗较点焊更低;胶焊中焊点的剪切强度相比单纯点焊有所提升,并且随着母材强度的减小,胶焊中焊点剪切强度的提升更为明显;母材强度越高,胶焊连接的剪切强度越高,高强度结构胶的力学性能越能实现最大化;胶焊接头的强度随着母材强度的提高而提升,但是当外力超过接头强度极限后,其破坏速率也同步增加,相对母材强度低的接头失效更快,因此要根据车身不同位置的受力情况以及接头强度需求,合理设计胶焊接头的板件强度组合。     

镁合金激光胶接焊胶层作用分析

通过镁合金激光胶接焊和激光焊接的对比分析,揭示同种金属激光胶接焊时胶层作用,并为异种金属激光胶接焊研究提供理论依据。与激光焊接进行比较,对焊接过程进行焊接光谱采集并分析,发现激光胶接焊光致等离子体电子密度增加,碰撞加剧,逸出焊缝的镁粒子数量增加,胶层的存在增加了试件对激光的吸收率;焊缝成形试验发现胶层的存在可以起到增加焊接熔深的作用;剪切试验结果表明胶层对焊接接头性能不会产生负面影响。     

双相钢/铝合金激光胶接焊胶层作用分析

通过双相钢/铝合金激光胶接焊和激光焊接的对比分析,揭示钢上、铝下搭接激光胶接焊时胶层作用。对焊接过程进行等离子体形貌同步拍摄和焊接光谱采集并分析,与激光焊接比较,发现激光胶接焊时等离子体的颜色明亮,形态密度大,与试样板材表面呈一定角度,胶层分解产物利于改善下层铝合金表面高反射率的状况,等离子体对激光能量的吸收减少;而光谱相对强度和光致等离子体电子密度增加,胶层的存在增加试件对激光的吸收率;焊接成形试验发现胶层可起增加焊接熔深和熔宽的作用;剪切试验结果表明胶层提高焊接接头的平均抗剪强度。由于添加胶层加快上层双相钢冷却速度,增加下层铝合金对激光能量的吸收,导致下层Al向上层钢侧的扩散受到抑制,而熔宽两侧熔融态Al体积分数增多,焊接熔宽加大,增加钢、铝横向结合面积,提高焊合率,此外剪切力的外加载荷由焊缝和胶层共同承担,因此添加胶层改善了钢/铝焊接接头的力学性能。     

铝镁合金填充式搅拌摩擦点焊接头的显微组织及力学性能

对2.0mm厚的5A06铝合金板进行不同工艺参数的填充式搅拌摩擦点焊,并对点焊接头进行了显微组织观察及剪切拉伸、十字拉伸试验。结果表明:接头可以分为焊核区、热机影响区、热影响区、压力影响区和母材区等部分,其显微组织主要为α-Al固溶体,并有金属间化合物β-Mg2Al3相等在基体上分布;随着焊接时间延长和焊接旋转速度的增大,点焊接头的剪切拉伸性能和十字拉伸性能呈现先快速增加后缓慢下降的趋势;当焊接旋转速度为2 000r·min-1,焊接时间为3.5s时,点焊接头最大剪切拉伸载荷可达8 194N,最大十字拉伸载荷可达3 565N。     

不锈钢薄板储能焊点焊接头的显微组织与力学性能

对0Cr18Ni9奥氏体不锈钢0.4 mm薄板进行了储能点焊试验,对其接头的显微组织和力学性能进行了分析研究。结果表明:焊接接头由熔核区、热影响区和熔核区向热影响区过渡的熔合区组成;熔核区显微组织由等轴奥氏体组成,由于储能焊极短的焊接时间和大的冷却速率,使熔核区的组织显著细化且具有快速凝固特征,其它区域组织与母材相当;当焊接电压为160 V、电极压力为18 N时,可获得有较高力学性能的焊接接头,其显微硬度为235.32 HV、抗剪强度为156.8 MPa。     

TRIP980高强钢/SPCC低碳钢的异种钢电阻点焊工艺优化及接头性能分析

以厚度均为1.5 mm的TRIP980高强钢/SPCC低碳钢的异种钢板电阻点焊接头为研究对象,以接头剪切拉伸载荷为评价指标,运用正交试验优化其焊接参数,采用极差法和方差法对结果进行分析,随后增加焊前预热条件,分析对比相同焊接电流、焊接时间、电极压力参数下采用预热和无预热时点焊接头的剪切拉伸载荷,利用电子拉伸试验机、金相显微镜和显微硬度仪分别对预热和无预热两种条件下较优焊接参数时的点焊接头性能及显微组织进行测试和分析,研究TRIP980高强钢/SPCC低碳钢的异种钢板电阻点焊接头力学性能及接头各区域的金相组织、硬度特点。结果表明:运用焊前预热能够获得性能良好的点焊接头,相同焊接参数情况下,预热点焊接头的剪切拉伸载荷比无预热高5.5%以上;两种条件下较优焊接参数时,无预热点焊接头为脆性断裂,预热点焊接头为韧-脆混合断裂;采用预热获得的点焊接头组织比无预热更为致密;预热点焊接头熔核和母材的硬度比无预热时有所下降,熔合线硬度过渡平缓。其主要机理是,预热使点焊接头熔核周边优先发热,热影响区扩大,熔核韧性提高和熔核周边应力集中缓解,从而提高了点焊接头的强度。     

胶层尺寸对铝锂合金单搭接胶接接头剪切强度的影响

通过试验研究了不同胶层尺寸对铝锂合金单搭接胶接接头剪切强度的影响,并建立了相应的有限元模型,详细分析胶层厚度和搭接长度对应力分布的影响。结果表明:胶接接头的剪切强度随胶层厚度的增加先升后降,合理的胶层厚度为0.2～0.6mm;胶接接头的剪切强度随搭接长度的增加呈非线性增加,合理的搭接长度为12～16mm;有限元模拟结果与试验结果基本一致。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接接头组织和力学性能分析

利用搅拌摩擦焊方法对10 mm厚7075铝合金板材进行对接焊接试验,并对不同焊接工艺参数的接头进行微观组织观察和力学性能分析。结果表明:焊核区和热机影响区的晶粒,当焊接速度一定,旋转速度与晶粒尺寸呈正相关;焊核区的晶粒,当旋转速度一定时,焊接速度与晶粒呈负相关。焊接接头维氏显微硬度值呈现出不左右对称的"W"形,焊核区的硬度值比热机影响区和热影响区高;前进侧热影响区的硬度值比后退侧热影响区的硬度值小,且为整个焊接接头维氏硬度最低值,焊接接头在前进侧的热机影响区断裂,为韧性断裂;搅拌摩擦焊焊接接头前进侧存在"软化"现象;当旋转速度为900 r/min、焊接速度为90 mm/min时,试件的抗拉强度为454 MPa、延伸率为5.9%,力学性能最好。     

非平衡胶接接头循环温度场强度退化研究

随着汽车轻量化技术的发展,结构胶接技术被广泛应用于车身异种材料的连接工序.通过实验室模拟汽车服役工况的循环温度场环境,采用韧脆性质不同的两种结构胶粘剂,对钢/铝非平衡胶接接头的剪切强度进行环境退化研究.试验结果表明,两种胶接接头在循环温度场作用下,接头的宏观强度表现出不同程度的退化现象,并且随着时间的推移,这种退化趋势逐渐趋于稳定;通过ABAQUS有限元软件对胶接接头进行二维建模分析,并且通过内聚力单元对胶层的破坏过程进行模拟,发现在经历循环温度环境作用后,胶接区域边缘处胶层内部剥离应力和切应力的集中现象更加显著;采用扫描电镜法对胶层失效表面进行样貌分析,发现破坏表面胶体的微观结构也受到了环境变化的影响.     

薄镀锌钢板点焊超声成像分析

采用水浸超声聚焦直入射法对镀锌薄板点焊焊核进行超声C扫描成像检测,分析C扫描图像中各特征部分的超声A扫描信号。超声波C扫描成像方法能够测量点焊焊核直径,检测焊核中常见的几种缺陷如气孔、裂纹以及飞溅,此外采用该方法还能对焊核的外观进行检测。为了获得更为精确的焊核内部结构信息,进一步分析了焊核内部不同形状缺陷的C扫描图像特征及A扫描信号特征,通过这些图像特征和信号特征能够判断焊核内部缺陷的形状及类型。因此,超声C扫描成像法能够在不破坏点焊焊核的前提下全面直观地显示焊核的内外部结构。该方法不仅能够用于评价点焊质量,而且还可以作为辅助手段用于点焊的其他研究中。     

混元胶接单搭接头的应力与刚度分析

拉剪胶接接头的峰值应力常发生在搭接区端头,而中间区的应力非常小,为降低应力集中,提高接头强度和连接效率,系统研究胶层变刚度的混元胶接技术,将高弹性模量的脆性胶置于中间区,而低模量的韧性胶置于搭接区边缘.以胶接理论为基础,考虑被粘物剪切应变,建立单搭拉剪混元胶接接头的线弹性应力和刚度解析模型.理论模型中的正应力和剪应力与有限元模型吻合得较好,证实理论模型的正确性.有限元和解析解均表明,混元胶接接头在搭接区端头的峰值剪应力分别较单一刚性胶和柔性胶胶接时下降了52.1%和24.4%,参数研究中确定了影响混元胶接接头应力和刚度分布特征的关键耦合参数.     

胶层缺陷对胶接-拉铆搭接剪切接头力学性能影响研究

近年来胶接-拉铆技术在载运工具和航空航天等领域得到了广泛应用,而大型结构连接部件的制备过程会不可避免地在胶层内部产生局部缺陷,进而影响接头服役性能。以胶接-拉铆单/双搭接接头为研究对象,通过在胶层区域设置不同形式的人工缺陷,模拟胶层制备过程中产生的胶层内部缺陷,研究其对胶铆接头搭接剪切力学性能的影响规律。以6061-T6铝合金为基底制备胶接-拉铆接头试件,考虑单、双搭接试件形式,胶层内部预先放置不同厚度、面积、形状、位置的聚四氟乙烯缺陷片,对固化后的接头进行准静态拉伸破坏试验,并采用宏观观测和扫描电镜分析胶层失效表面宏观和微观样貌,从而对胶层内部缺陷对其失效模式影响机理进行评价。试验结果表明,接头主要失效模式为内聚失效,胶层中缺陷的位置、面积、厚度会对接头失效载荷以及失效强度产生不同程度影响,而缺陷的形状对接头力学性能影响不大。无缺陷的双搭接试件胶层失效载荷是单搭接试件1.62倍,单搭接试件胶层失效强度是双搭接试件1.24倍。有圆形缺陷的双搭接试件失效载荷是单搭接试件2倍,而失效强度没有受较大影响。基于现有试验结果,可以为实际结构设计中含胶层缺陷胶铆复合接头失效强度提供有效评估方法。     

胶瘤对单搭接胶接接头应力分布影响的数值分析

运用二维弹塑性有限元法对具有不同几何形状胶瘤的单搭接胶接接头承载后的应力特征进行分析.计算结果表明,胶瘤的存在可大大减小胶层和被粘物界面上的各个应力峰,界面上的Mises应力、剪切应力和剥离应力可分别减少近20%、10%和50%.胶瘤的几何形状不同对胶接接头的应力分布也有较大影响.用金属块代替胶瘤后,胶层和被粘物界面上的应力峰值进一步减小,且位置由胶瘤内侧转移到胶瘤外侧,胶接接头强度进一步增强.     

7050铝合金搅拌摩擦焊焊接接头的组织与冲击韧性

用优选后的工艺参数对6.3 mm厚7050铝合金板进行搅拌摩擦焊对接焊接,分析了接头的组织与冲击韧性。结果表明:接头的焊核和轴肩影响区组织为细小等轴晶,热影响区组织稍有粗化现象,前进侧热机影响区晶粒发生了较大程度的变形,后退侧晶粒变形程度较小;接头显微硬度呈"W"形分布,热影响区和热机影响区的硬度较低,母材和焊核区的硬度较高,焊核区硬度从底部到顶部依次增大;接头冲击韧性优于母材的,焊核区、热影响区和母材冲击断口中有较多的韧窝,呈典型的韧性断裂特征。     

电弧焊焊修对电阻胶焊结构密封性能的影响

引入点焊密封胶可在保持力学性能的前提下赋予电阻点焊结构良好的密封性,在轨道交通车辆车体制造中具有较大的应用潜力,然而电弧焊焊修过程对胶焊结构密封性能的影响未知,相关研究的缺失制约了点焊密封胶的应用.文中基于生产实际设计样件和试验流程,探究长距离电弧焊接和局部电弧塞焊对胶层烧损、常规和加速老化条件下样件密封性能的影响规律,旨在为胶焊工艺的应用提供理论与技术支撑,推进点焊密封胶的规模应用.     

螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊塑性连接机理及接头力学性能研究

为了获得铝合金板材高性能点连接接头,兼顾机械连接与固相焊接的技术优势,采用不同焊具开展了铝合金板材搅拌摩擦铆焊试验。对比研究铆焊成形力、接头形貌及塑性变形机理和力学性能及失效行为,以期阐明螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊工艺对接头性能的强化机制。结果表明：搅拌摩擦铆焊过程中,随工具头位移变化,铆焊成形力呈先迅速增大、达到峰值后在一定范围内保持最后迅速降低的变化趋势;螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头上下板材之间形成了冶金结合,螺纹铆钉与塑化材料之间形成机械连接;轴肩下方上板的有效板厚、搅拌区的有效结合宽度以及铆钉与被焊材料的有效铆合高度是影响螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头力学性能的关键技术参数;螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头的拉伸剪切峰值载荷达到了传统搅拌摩擦点焊接头的1.65倍,十字拉伸峰值载荷达到了传统搅拌摩擦点焊接头的2.7倍。     

汽车钢板胶焊接头的计算模型及其应力场特征研究

基于对胶焊接头局部结构和硬度分布的分析,建立了胶焊接头的计算模型。同时,对胶焊搭接接头拉伸剪切试验的载荷—位移曲线作了讨论。采用所建立的模型进行有限元计算,获得了两种弹性模量胶粘剂胶焊接头和单纯点焊接头的应力场,所得结果证实了计算模型模拟胶焊接头的有效性。