TC4钛合金构件电磁铆接极限间隙量研究

维修中拆卸原铆钉将导致钉孔间隙明显增大,进而直接影响维修后铆接构件性能.为了实现大间隙量下钛合金铆接构件的有效维修,本文通过试验对TC4钛合金构件电磁铆接极限间隙量进行了研究,并评估了铆接构件拉剪性能.结果表明:电磁铆接通过绝热剪切成形的方式,能有效实现大间隙量下钛合金构件的干涉铆接;随着钉孔间隙量的增加,镦头直径和高度均呈现出近线性递减,尽管钉杆成形后直径明显增大,但干涉量却减小;拉剪试验中,试件分别发生拉弯和剪切失效,拉脱性能对钉孔间隙量不敏感,但试件剪切屈服强度和失效强度均随着钉孔间隙量的增加而明显提高;对于4 mm钛合金铆钉,建议极限钉孔直径为4.3 mm.     

自冲铆接头疲劳性能影响因素研究进展

由于近年来车身轻量化的需求,全铝车身结构及混合材料车身结构是车身设计制造的发展趋势,其结构连接问题也面临巨大的挑战。自冲铆接作为一种冷成型技术,通过铆钉和板料形成机械内锁结构进行板材连接,可以用来连接两层和多层金属及非金属板材。相对于传统连接技术,自冲铆接具有无需预先打孔、连接过程环境友好、可以连接异质板材及非金属板材等优点,同时所得到的接头具有较好的密封性及力学性能。自冲铆接作为轻量化结构的一种新型连接手段,近年来因具有独特的优势得到迅速发展。疲劳性能是接头工程应用的关键性能指标,自冲铆接头的疲劳性能研究主要针对铝合金及高强钢等车身材料展开,近年来研究者们对钛合金和纤维增强复合材料等新型材料自冲铆接头的疲劳性能进行了相关探索性研究。影响自冲铆接头疲劳性能的因素众多,提高自冲铆接头疲劳性能的方法及探究接头的疲劳失效机理一直是研究者们所关注的热点。影响自冲铆接头疲劳性能的因素主要包括铆接工艺、基板参数、铆钉分布形式、接头搭接形式、疲劳加载参数、试验温度和添加粘接剂等,其中大量研究主要针对铆接工艺、基板参数和铆钉分布形式展开。研究表明,采用高强度的板材作下板、增加板厚及使用硬度较高的圆头铆钉进行连接能够提高单搭自冲铆接头的疲劳性能;铆钉个数的增加可以显著提高接头的疲劳性能,采用不同铆钉分布形式及铆钉边距影响接头的疲劳性能。自冲铆接头存在残余应力,同时微动磨损是导致机械连接疲劳失效的主要原因,通过去应力退火可以提高接头在高疲劳载荷下的疲劳寿命,对基板添加润滑剂镀层也可以改善接头的疲劳性能。此外,粘铆复合接头目前在车身连接中得到广泛应用,粘接剂可以减弱接头的应力集中,从而改善其疲劳性能。疲劳试验耗时较多,试验成本较高。研究自冲铆接头疲劳性能的影响因素可以为后续研究及其工程应用提供相关参考。本文归纳了自冲铆接头疲劳性能影响因素的研究进展并总结了改善接头疲劳性能的方法,同时对自冲铆接的研究方向进行分析和展望。     

碳纤维-铝合金电磁铆接工艺及性能研究

目的 研究不同工艺参数下碳纤维-铝合金电磁铆接接头的力学性能.方法 利用电磁铆接技术对直径为Ф5 mm的2A10铝合金铆钉、厚度为2.0 mm的T300碳纤维复合材料和1.8 mm的5182铝合金板料进行铆接,借助金相显微镜和万能试验机对接头的微观形貌和力学性能进行观察和测试.结果 随着电磁铆接放电能量的增加,铆钉镦头高度逐渐减小,直径逐渐增大.具体地,当放电能量从4.0 kJ增加至5.5 kJ时,H/H0(镦头高度/外伸量)从0.36减小至0.17,而D/D0(镦头直径/铆钉直径)从1.25增长到1.68.通过金相观察结果可知,D/D0=1.4,1.5,1.6这3种类型的铆钉镦头均产生了绝热剪切带,其中下剪切带几乎消失,上剪切带较为明显,并且随着D/D0的增大,绝热剪切带越来越明显.力学性能测试结果表明,随着D/D0增加,碳纤维-铝合金电磁铆接接头的剪切性能随之变强,其中D/D0=1.6接头的最大剪切力达到最大.结论 在不同性能指标下,电磁铆接接头的最佳工艺参数有所不同.当考虑接头的微观组织等性能指标时,放电能量5.0 kJ(D/D0=1.5)为最佳工艺参数;当考虑接头的剪切性能等因素时,放电能量5.3 kJ(D/D0=1.6)为最佳工艺参数.     

金属夹层对自冲铆接头强度和失效形式的影响

基于自冲铆技术,分别制备了铝-铝(A0)、铝-泡沫铁镍夹层-铝(A1)和铝-涂胶泡沫铁镍夹层-铝(A2)的3种自冲铆接头。为研究泡沫金属夹层以及涂胶泡沫金属夹层对自冲铆接头强度及失效形式的影响,通过力学试验测试接头静力学性能,从宏观角度分析接头失效形式,并采用扫描电子显微镜(SEM)对接头失效断口进行微观分析。研究表明:泡沫铁镍金属夹层和涂胶泡沫铁镍金属夹层可有效提高接头静失效载荷,但接头能量吸收值呈下降趋势,A0组接头最大平均失效载荷为3586 N,能量吸收值为11.779 J,A1组和A2组接头静失效载荷比A0组分别提高了9.9%和30%,能量吸收值比A0组分别降低了0.9%和7.2%;3组接头均为拉脱失效,且上板搭接区均出现不同程度的曲翘,A0组接头铆钉从下板拉脱,而A1和A2组接头下板底部与铆钉一并从下板拉脱;3组接头失效模式微观特征为:铆钉腿与铆接孔一侧发生剧烈摩擦和挤压,最终铆钉在拉剪载荷下完全从下板拉脱。     

TA1异质自冲铆接头力学性能及失效机理

通过自冲铆接对比试验获得接头最优铆接参数,并以此制备TA1钛合金板分别与Al5052铝合金板和H62铜合金板的异质自冲铆接头。通过静力学实验和疲劳实验研究异质接头的力学性能,并运用疲劳三参数经验公式拟合S-N曲线,最后利用扫描电镜和能谱仪进行断口分析和能谱分析进而研究接头的疲劳失效机理。结果表明,TA1-H62(STH)接头静失效载荷优于TA1-Al5052(STA)接头;且前者在低载荷下疲劳寿命优于后者,STA接头则在高载荷下优势明显。STA接头疲劳失效模式为下板断裂,STH接头则出现了两种失效模式;两板间及铆钉与上下板之间接触区域发生的剧烈微震磨损是导致疲劳裂纹萌生的主要原因。     

铆钉分布形式对自冲铆接头力学性能的影响

该文采用Landmark试验机对5052铝合金自冲铆接头进行力学性能测试来研究铆钉分布形式对自冲铆接头力学性能的影响。获得了单铆钉自冲铆(简称SR)接头、横向分布双铆钉自冲铆(DRT)接头和纵向分布双铆钉自冲铆(DRL)接头的静力学和疲劳性能,采用正态分布和威布尔分布对试验数据进行分析检验其有效性。结果表明:DRT接头静强度约为SR接头的2倍;DRL接头静强度约为SR接头的1.9倍。DRL接头比DRT接头具有更好的能量吸收能力。双铆钉自冲铆接头的疲劳性能优于SR接头。铆钉分布形式对接头疲劳变形量影响较小,但是对寿命影响较大。当疲劳载荷较高时,DRL接头可提高疲劳寿命。随着疲劳载荷降低,DRT接头可显著增加疲劳寿命。     

外伸量对无头铆钉电磁铆接变形的影响

目的通过无头铆钉外伸量变化对电磁铆接铆钉变形的研究,确定影响规律,以指导实际生产。方法以2A16无头铆钉为研究对象,通过试验的方法分别改变放电电压,上电压与上外伸量,下电压与下外伸量的大小与匹配关系,进而得到较优参数,并在较优参数下进行连接试验以及性能分析。结果铆钉干涉量随着放电电压的增加而增加,随着外伸量的增加而减小;连接件性能检测发现,镦头是否铣平对剪切强度影响不大,但镦头铣平后拉脱强度有所减小。结论理想的干涉配合需适当提高电压及合适的外伸量,当上电压为225 V、下电压为170 V、上外伸量为1.5d、下外伸量为1.1d时,干涉配合程度较好;连接件镦头铣平后拉脱强度有所减小,为满足铆钉的拉脱强度,可适当增加钉孔锪窝深度。     

泡沫金属夹层板自冲铆接头的疲劳性能及失效机理

对铝合金自冲铆接头及泡沫金属夹层结构自冲铆接头进行疲劳实验,通过三参数经验公式采用S-N曲线拟合法绘制接头的F-N曲线,分析接头的疲劳寿命及泡沫金属夹层对自冲铆接头疲劳性能的影响;采用扫描电子显微镜对接头的疲劳失效断口进行观测,分析其微观失效机理。结果表明:泡沫金属夹层缩短了自冲铆接头的疲劳寿命,不同泡沫金属夹层对自冲铆接头疲劳性能的影响具有差异性,在高疲劳载荷下泡沫铜夹层接头疲劳性能更优。三组接头疲劳失效形式都为下板断裂,在高疲劳载荷下裂纹易在铆扣区域萌生,在中低疲劳载荷下裂纹萌生于下板一侧,沿铆扣区域下侧向板材另一侧扩展。     

TA1钛合金自冲铆接头力学性能及微动行为

本工作以TA1自冲铆接头为研究对象,基于拉伸-剪切和疲劳试验分析了接头的力学性能,并采用扫描电镜从微观层面研究了接头的拉伸-剪切失效机理、疲劳失效机理及微动行为。结果表明:拉伸-剪切失效模式为铆钉腿部从下板拉脱,铆钉颈部存在不同程度的断裂。疲劳失效模式主要为上板断裂失效,其疲劳极限约为1.18 kN。疲劳裂纹从上板与铆钉头接触部位萌生,在持续微动磨损及疲劳循环应力作用下,沿板厚和板宽方向不断扩展,直至接头疲劳断裂。微动磨损的剧烈程度直接影响接头疲劳失效模式。上板与铆钉头接触区的微动磨损源于板宽W区域,随着微动过程的不断进行,逐步向板长L区域扩展。     

磁阻型电磁铆接工艺研究

目的 为了掌握磁阻型电磁铆接新技术,研究工艺参数对铆接驱动力的影响规律.方法 通过改变放电电压、线圈导线截面尺寸和弹丸尺寸等参数进行磁阻型电磁铆接试验研究,分析各参数对直径为8 mm的2A10铆钉镦头变形的影响,与感应式电磁铆接的成形铆钉进行对比.结果 随着放电电压的升高,铆钉镦头变形量增加;相同放电能量下,导线截面尺寸为2 mm×3 mm的线圈铆钉变形量小于3 mm×4 mm的线圈,弹丸直径为33 mm的铆钉变形量要大于弹丸直径为28 mm铆钉的变形量.相同放电能量下,外径70 mm螺线管线圈铆钉的变形量大于外径为120 mm平板线圈铆钉的变形量.结论 线圈和弹丸的相关参数是影响磁阻型电磁铆接吸引力的重要参数.与感应式电磁铆接相比,磁阻型电磁铆接能量利用率更高,其线圈外径更小,为电磁铆枪小型化提供了一种新方式.     

TA1纯钛与1420铝锂合金异质薄板自冲铆接微动疲劳特性

基于自冲铆接技术研究TA1工业纯钛(TA1)与1420铝锂合金(AL1420)异质薄板组合的可铆性,并采用硬度≥44HRC和≥46HRC的铆钉分别制备TA1/AL1420 (TAF),AL1420/TA1(ATF)和TA1/AL1420(TAS) 3组接头。在拉伸-剪切实验的基础上进行了高周疲劳实验,拟合出各组接头的F-N曲线,进一步利用电子扫描显微镜和能谱仪分析了各组接头的微动磨损机理。结果表明:ATF接头的疲劳强度相对较优,TAS接头则在中高载荷水平下优于TAF接头;各组接头的疲劳失效均始于微动磨损区域,微动磨损导致疲劳裂纹的萌生;微动磨屑现象的剧烈程度是影响疲劳强度的重要因素。在不同疲劳载荷水平下,发生剧烈微动磨损的区域不同,使得疲劳裂纹的萌生区域存在差异,最终导致同种接头出现不同的失效模式。     

铝合金自冲铆接微动行为研究

选择两组不同厚度铝合金板制成SA15和SA25自冲铆接头并进行疲劳实验,用威布尔分布验证实验数据有效性,用疲劳三参数经验公式拟合接头S-N曲线并对比分析接头疲劳性能,用扫描电子显微镜研究接头微动行为以探索疲劳失效与微动磨损的关系。实验数据服从威布尔分布,表明数据可靠。三参数经验公式较好地拟合接头S-N曲线,SA25接头疲劳性能优于SA15接头,且在中低疲劳寿命区域SA25接头疲劳性能的优越性更为突出。SA15接头失效于上板靠铆钉头,而SA25接头失效于下板沿纽扣。SA15接头在铆接区两板间微动磨损较严重,SA25接头在下板与铆钉腿部微动磨损较严重。疲劳失效部位与微动磨损剧烈部位重合,表明微动磨损是导致接头疲劳失效的重要因素之一。     

自激励式电磁铆接铆钉镦头变形试验研究

目的掌握自激励式电磁铆接驱动力的作用方式,确定合理的工艺参数,探究铆钉变形规律。方法以2A10半圆头铆钉为研究对象,通过试验方法研究放电电压、放电电容及线圈结构对线圈放电电流和铆钉镦头变形的影响。结果自激励式电磁铆接驱动力源于两放电线圈电流的相互作用,两放电电流可分别进行独立控制。随着放电电压升高,线圈放电电流幅值增加,周期略有增加,铆钉镦头的变形量增加,相同放电能量下,放电电容值增加使放电电流幅值降低,周期增大,铆钉镦头变形量存在最大值;放电线圈匝数较多,导线宽度较小时,铆钉镦头变形量更大。结论自激励式电磁铆接是一种动力源可控的连接方法,为铆接驱动力的产生引入新方式,实现了铆接驱动力的主动控制,提高了控制的灵活性,其能量利用率较感应式高,为高强度大直径铆钉的成形提供一种有效的方式。铆钉变形是铆接驱动力幅值在一定时间下的作用效果,要综合考虑放电电流幅值与作用时间的关系。     

超声振动对5A06铝合金自冲铆接头静力学性能影响

自冲铆接工艺作为一种性能优异、绿色、高效的连接新技术,可实现同种、异种和多层轻合金薄板材料的连接,广泛应用于新能源汽车等领域,成为实现车身轻量化的关键技术之一。但由于自冲铆接头是典型的紧密连接构件,在交变应力或振动作用下,易发生微动损伤,致使接头提前疲劳失效。本文选用5A06铝合金薄板材料,分别进行自冲铆接和不同超声焊接工具头下的超声自冲铆复合连接试验,基于拉伸-剪切和电子显微镜测试,研究超声振动对5A06铝合金自冲铆接头静力学性能的影响。研究表明：超声振动可有效提高自冲铆接头的静力学性能;超声金属焊接与自冲铆接复合连接时会在板材之间形成固相焊接,这是提高复合接头力学性能的根本原因;超声金属焊接头的焊接面积影响自冲铆接头的力学性能,焊接面积较大时超声固相焊的程度较高;超声焊接会使铆钉温度升高,一定程度影响接头稳定性。     

铝锂合金T型自冲铆接头疲劳特性及失效机理

为研究T型自冲铆接头的疲劳特性,以铝锂合金(AL1420)同种及其与铜合金(H62)和不锈钢(410)异种组合制备的AA、HA和SA三组T型自冲铆接头为研究对象,基于其静力学试验采用正弦波进行拉-拉加载疲劳试验,用二参数威布尔分布对所得疲劳数据的有效性进行验证,采用最小二乘拟合直线得到拟合的F-N曲线,并采用SEM扫描电镜对各组典型疲劳失效断口进行微观分析。结果表明:SA组疲劳寿命对载荷变化最敏感,并且疲劳寿命随相对滑移量的增加而减小;由三组T型接头失效形式可看出接头薄弱环节有由铆钉向板材转移的趋势;从微观分析疲劳断口可知裂纹萌生区多为形貌特征较为平坦的准解理,裂纹瞬断区形貌更加突出,多为沿晶断裂或韧窝形貌。     

铆钉布置对搭接接头强度的影响及优化设计EI北大核心CSCD

针对铆钉布置对铆接搭接接头强度的影响问题,通过有限元方法研究了铆接搭接接头的失效模式及失效机理,以峰值荷载为指标研究了铆钉数量、铆钉行数、铆钉布置、铆钉行距对搭接强度的影响,以线荷载集度为指标,研究了铆钉间距与铆钉边距对搭接强度的影响,并建立力学模型研究多排铆钉的受力情况,基于响应面法对铆钉布置进行优化。结果表明:当采用多行铆钉布置时,外侧铆钉数较多的一行由于应力集中程度高会首先发生断裂,铆钉布置应采用中间多两边少的布置方式;当铆钉总强度大于板材剩余强度时,铆钉数量和铆钉行数对搭接强度的影响有限,其主要影响搭接构件的破坏形式。响应面优化结果表明:当边距=3.4 d、铆距=5.3d、行距=3.4d时搭接强度最高。研究成果对飞机铆接结构的强度提高具有重要意义。     

冷弯薄壁型钢锁铆连接力学性能及其本构模型研究

为将锁铆连接引入冷弯薄壁型钢结构中构件的连接,对锁铆连接及自攻螺钉连接的试件进行了抗拉、抗剪性能试验,探讨了铆钉端距、基板厚度差、铆钉长度等参数对锁铆连接抗剪性能的影响;基于传染病传播动力学SIR模型建立了铆接本构模型,提出了锁铆连接抗剪承载力设计计算方法。研究结果表明:锁铆连接的主要破坏模式为延性破坏模式,表现为铆钉腿部剥离下层板材并伴随铆钉头部局部脱离上层板材,且刚度、强度和耗能性能均明显优于自攻螺钉连接;所建立的本构模型能够较精确反映锁铆连接荷载-变形曲线的变化趋势,且抗剪承载力的理论值和试验值误差较小;锁铆连接用于冷弯薄壁型钢板间连接时,其组合厚度不宜大于4 mm,厚板与薄板的厚度比不宜大于1.5,锁铆接头的端距应大于2倍铆钉直径。     

SUS304不锈钢点焊与胶焊接头的疲劳强度分析

通过拉剪实验测定1.5mm厚SUS304不锈钢点焊接头、胶焊接头的抗拉强度,并开展疲劳实验,获得不同应力水平下两种接头的疲劳寿命,得到两种接头的载荷-寿命曲线;借助扫描电镜分析接头疲劳失效过程。结果表明:当焊接电流为10.0kA、焊接时间为80ms、电极压力为0.5 MPa时,能获得较好的胶焊接头。在此焊接参数下,点焊接头、未固化胶焊接头和固化胶焊接头的平均失效载荷分别为12 825.5N、10 345.6N、10 022.9N;在疲劳实验载荷-寿命曲线的有限寿命区内,SUS304不锈钢胶焊接头的疲劳强度均大于点焊接头;点焊接头和胶焊接头的疲劳失效形式主要由母材眉状裂纹失效和界面撕裂失效两种形式组成;胶焊接头的疲劳失效过程中,首先是胶层粘接失效,随后疲劳裂纹从板间内表面热影响区边缘萌生,沿板厚与板宽方向扩展直至发生疲劳失效。     

局部热处理对钢-钛自冲铆接头力学性能的影响

对钢-钛自冲铆接头进行局部热处理,并对已热处理和未热处理的接头进行拉剪实验,对比分析局部热处理对钢-钛自冲铆接头的静强度、能量吸收、失效模式和失效机理的影响。结果表明:淬火对钢-钛自冲铆接头的静强度有很大提高作用,对其能量吸收有减小作用;未淬火的钢-钛自冲铆接头失效模式为上板与铆钉分离且上板被撕裂,上板的断口形貌为典型韧性断裂特征;淬火后的钢-钛自冲铆接头失效模式为上板与铆钉分离且铆钉被拉断,铆钉的断口形貌为典型的沿晶断裂特征。     

LY16-1铝合金铆钉线材的应用

随着航天技术的发展,对航天器用材的结构强度、耐热等性能提出了更高的要求,这样对连接用的铆钉材料也提出了更高要求。制造长征系列火箭时,我们对现有的铆钉用铝合金材料进行了比较。LC3铝合金剪切强度较高,但铆接工艺性欠佳,资料介绍也不宜超过125℃使用;LY4铝合金是高强耐热合金,但所制铆钉必须在固溶处理后2～6小时内铆接,常温下也无条件阳极化处理;LY9铝合金施铆的条件更