基于试验和数值模拟的钛合金异种材料压印连接研究

为了实现钛合金(TA1)和铜合金(H62)及铝合金(Al5052)压印连接的可行性,对其压印接头进行拉伸—剪切试验。运用扫描电子显微镜对接头拉伸断口微观形貌进行了分析,基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA软件建立了压印连接过程的二维轴对称模型。结果表明:压印连接技术可实现TA1-H62和Al5052-TA1钛合金异种板材的有效连接,压印连接试验和模拟结果具有良好的一致性;两接头的破坏模式均为颈部断裂。从微观分析可知,两种接头上板颈部断口不同受力点均出现剪切作用形成的韧窝特征,为典型的韧性断裂,且TA1-H62接头断口最后受力点具有准解理和韧窝等多种形貌特征。     

钛合金同种/异种板自冲铆接头静态失效机理分析

对钛—钛、钛—铝及铝—钛接头进行了准静态力学性能实验,对比分析了这三种接头的静力学性能。采用扫描电子显微镜对接头断口形貌进行了观察,研究了接头的静态失效机理。结果表明:钛—钛接头的平均静强度(207.7MPa)大于钛—铝接头(144.8 MPa)及铝—钛接头(126.6 MPa)。钛—钛接头断口微观特征为:上板与铆钉接触的不同位置被擦伤,铆钉断口为典型的沿晶断裂;钛—铝接头断口微观特征呈韧窝状,为典型的韧性断裂;铝—钛接头的上板被损伤,其与铆钉接触部位呈现出被摩擦的形貌,断口呈撕裂型韧窝状,为韧性断裂特征。     

钛/铜异种材料压印接头静态失效机理分析

对钛—钛、钛—铜及铜—钛压印接头进行了静态力学性能试验。对比分析了三种接头的静力学行为,并运用扫描电子显微镜对接头拉伸断口进行微观分析。结果表明,TA1-H62接头静拉伸强度和能量吸收值最大(4944.52 N,5.034J),TA1-TA1接头略小(4641.24 N,3.515 J),H62-TA1接头最小(2877.19 N,1.426 J);三种接头失效模式均为颈部断裂失效,TA1-TA1接头断口呈现解理和韧窝形貌,同时具有韧性断裂和脆性断裂的特征;TA1-H62接头断口出现明显韧窝和延伸区特征,为典型的韧性断裂;H62-TA1接头断口呈现小而浅的"U"型韧窝,为强度较低的韧性断口。     

压印接头混合失效形式的静态失效机理分析

以TA1-1420和镀锌钢-镀锌钢压印接头为例,研究了压印接头两种混合失效形式的力学性能及失效机理。并通过扫描电子显微镜观察了断口微观形貌,分析了不同混合失效接头的受力以及断口特征,得出了两种混合失效模式在静载荷下不同的失效机理。结果表明:上板拉脱混合失效的机理主要是脆、韧断裂,上板颈部断裂混合失效主要是韧性断裂。     

铝合金-泡沫铜-铝合金“三明治”板压印连接可行性探讨

对5052(铝合金)-泡沫铜-5052"三明治"板进行压印连接试验,对压印接头进行了破坏性试验,采用直观检测法分别从接头的失效形式、载荷承载能力和能量吸收能力等方面对接头进行了成形质量分析,对各组接头进行了拉伸-剪切试验。结果表明:压印连接可以实现5052-泡沫铜-5052"三明治"板的连接,其单搭接头的失效形式为颈部断裂;相比5052-5052压印接头,5052-泡沫铜-5052"三明治"板压印接头具有更好的载荷承载和能量吸收能力,可以满足较高的缓冲吸震要求。     

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。     

泡沫金属夹层厚度对压印连接强度的影响

分别对添加1.0、1.5、2.0mm泡沫铜夹层的5052Al-泡沫铜-5052Al"三明治"板进行压印连接,对连接好试件的截面进行直观检测,分析接头成形质量;通过拉伸-剪切试验,分析接头的载荷承载能力和能量吸收能力;对失效后的接头断口进行扫描,从微观层面分析接头失效机理。结果表明,泡沫铜夹层厚度增加导致颈部厚度增加,镶嵌量减少,载荷承载能力相应提高,但对能量吸收能力影响不大,接头失效形式为颈部断裂,微观断裂特征为韧窝断裂。     

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。     

泡沫镍夹层在压印-粘接复合连接十字接头中应用的可行性研究

为了探究泡沫镍夹层在压印-粘接复合连接十字接头中应用的可行性,使用5052铝合金制备5052-5052压印十字接头、5052-5052压印-粘接复合连接十字接头和添加泡沫镍夹层的5052-5052压印-粘接复合连接十字接头。使用MTS材料拉伸试验机对3组接头进行剥离试验。从十字接头的材料成形、承载能力、能量吸收能力方面对试验结果进行分析,并从宏观和微观两方面对接头失效形式进行研究。结果表明:对比3组连接接头的静拉伸失效载荷及能量吸收值证明泡沫镍作为压印-粘接十字接头夹层是可行的;3组接头的失效形式均为颈部断裂失效;添加泡沫镍夹层的5052-5052十字接头相比其他两组具有更好的能量吸收能力。     

退火处理对钛合金压印接头疲劳性能影响

文中实现了钛合金板材的压印连接,并将得到的压印接头分成两部分,一部分不予处理,一部分进行整体退火处理. 将得到的两组试件进行静拉伸试验和拉-拉疲劳试验. 结果表明,未处理的钛合金压印接头静拉伸最大载荷均值为4 363.64 N,失效位移均值为1.48 mm. 退火处理后,钛合金压印试件的静拉伸最大载荷均值为3 879.74 N,失效位移均值为1.85 mm;未处理的钛合金压印接头疲劳性能明显优于后者,前者的疲劳极限高于后者约68%;两种接头的疲劳裂纹总是在压印点偏上的部位出现,SEM分析显示该部位应力较为集中且存在多个疲劳源,两种断口的疲劳源呈脆性疲劳断裂特征,退火处理的接头颈部断裂断口为塑性断裂.     

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。     

铝锂合金压印接头拉伸试验及失效机理研究

用压印连接技术制备了1420铝锂合金的单搭接头和T型接头。对单搭接头进行了拉伸-剪切试验,对T型接头进行拉伸-剥离试验。并运用扫描电子显微镜对接头的拉伸断口进行了微观分析。结果表明:T型接头的静拉伸强度和能量吸收值分别为270.4 N和0.9126 J;单搭接头的静拉伸强度和能量吸收值分别为2240.6 N和0.5817 J。两种接头失效模式均为颈部断裂失效。单搭接头断口呈现解理和韧窝形貌,具有韧性断裂和脆性断裂的特征;T型接头断口也呈现解理和韧窝形貌,但为等轴韧窝,且存在大量韧窝形核,为强度较低的韧性断口。     

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。     

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。     

镀锌钢板压印接头静态力学性能及失效机理研究

运用压印连接技术制备了镀锌钢板单搭接头和T型接头,对单搭接头进行了拉伸-剪切试验,对T型接头进行了剥离试验。运用MATLAB R2014b软件对试验数据进行了分析,并运用扫描电子显微镜对接头断口进行了微观分析。结果表明:T型接头最大失效载荷均值为834.4 N,单搭接头为2747.8 N。单搭接头能量吸收值为3.324 J,T型接头为18.712 J。单搭接头与T型接头均为颈部断裂失效,两种断口都存在韧性断裂和脆性断裂两种特征。     

铜合金同异质板材压印-粘接复合连接的力学性能及断口分析

对H62铜合金同种板组合及分别与5052铝合金和镀锌钢的异种板组合进行了压印-粘接复合连接。利用电动伺服材料试验机对试件进行了拉伸-剪切试验,采用扫描电镜对失效断口进行了观察,分析了试件的失效强度、能量吸收值及失效模式,测试了铜合金压印-粘接复合连接接头的力学性能。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强度主要取决于粘接剂,失效模式取决于连接点处压印互锁结构。针对压印-粘接复合连接,H62-H62接头的抗剪强度均值达到5021.52 N,能量吸收均值是5.3 J,接头为拉脱失效并伴随轻微擦伤;H62-5052接头失效模式为底部分离,下板明显塑性变形,缓冲吸震能力为H62-H62接头的1.87倍;H62-镀锌钢接头为颈部断裂失效,抗剪切强度最高,为H62-H62接头的1.20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。     

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。     

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。     

铝锂合金压印-点焊复合连接接头力学性能分析

分别采用压印连接和压印-点焊复合连接方式对铝锂合金AL1420进行连接,通过对拉伸-剪切试验后失效接头和得到的载荷-位移曲线进行观察和分析,对各组试件进行失效形式和力学性能的对比研究,并对不同焊接电流对接头产生的影响进行探讨。结果表明:焊接电流能有效改变压印接头性能。压印-点焊复合连接较压印连接接头断口处截面变形严重,但接头力学性能优于压印连接接头性能,并且焊接电流每增大1 k A,接头承载力以1. 05倍速率增加;压印-点焊复合连接接头较压印连接接头具有更好的能量吸收特性,并且随焊接电流的增大,能量吸收性能提高。