孔径与压铆力对单铆搭接接头残余应力与剪切性能的影响

铆接是飞机结构装配的重要连接方式,飞机结构失效大多发生在连接孔处,因此对铆接接头质量进行综合评估非常重要。以单铆搭接接头为研究对象,通过有限元仿真分析与拉伸剪切实验研究了不同压铆力与孔径铆接工艺参数组合下的铆接接头孔周残余应力分布和剪切性能。有限元分析结果表明,增大压铆力可以显著扩大孔周的纵向残余压应力分布区域,并使最大纵向残余拉应力位置远离孔边缘;而孔径仅对纵向残余压应力分布区域的影响较为显著。拉伸剪切实验表明,单铆搭接结构的失效形式均为铆钉沿剪切面的瞬时断裂;在孔径为4.20 mm时采用压铆力为21 kN成型的铆接接头的剪切性能最佳,其平均峰值载荷为4.09 kN,与孔径为4.04 mm和压铆力为15 kN参数组合下成型的铆接接头相比,平均峰值载荷提升了约9.36%。增大孔径能够提高单铆搭接接头的剪切性能,但会减小孔周的纵向残余压应力分布区域,给铆接接头的疲劳寿命带来不利影响;适当增大压铆力不仅能扩大残余压应力分布区域,还能提高接头的剪切性能。

430/304不锈钢搅拌摩擦焊搭接接头的组织和力学性能

采用搅拌摩擦焊技术,以1200 r/min的搅拌转速对1 mm厚的430和304不锈钢板进行焊接,研究焊接速度对搭接接头组织和力学性能的影响。结果表明:随着焊接速度增加,接头界面两侧Hook钩尺寸减小,过渡层厚度减小,界面由锯齿状逐步转变为平直状。所有试样均断裂于焊缝附近的430不锈钢母材上,焊接速度为50 mm/min焊接接头的剪切强度最大,搭接接头界面区的冶金反应起主导作用,机械连接起促进作用。

混合垫片对称性对复合材料单搭接接头力学性能的影响

以复合材料单搭接接头为研究对象,通过有限元分析与实验对比,研究混合垫片对称性对复合材料单搭接接头拉伸刚度与峰值载荷的影响;通过视频引伸计观测接头在动载荷下的位移值,研究混合垫片对称性对接头疲劳寿命及孔变形量的影响。研究表明:混合垫片对称性对接头拉伸极限载荷及拉伸刚度影响极小;但使用非对称垫片填隙结构复合材料表面,特别是在液体垫片较厚的一侧,易出现应变集中区。承受动载荷后,接头的孔变形存在非对称现象,且采用非对称混合垫片进行填隙时,结构孔变形的非对称性更强。

轴力-弯矩作用下波纹钢搭接接头力学行为数值分析

波纹钢搭接接头作为装配式波纹钢地下工程结构的薄弱环节,在轴力-弯矩作用下的力学行为亟待研究。依托前期足尺试验,结合数值模拟方法,分析了螺栓数量及波纹钢板厚度对搭接接头破坏模式和抗弯承载能力的影响机理,探讨了搭接接头的优化设计方案,建立了极限弯矩经验公式。研究结果表明:我国规范的螺栓设计安全冗余较高,接头破坏模式主要表现为受压侧波纹钢板屈曲。单波螺栓数量越多、波纹钢板越厚、轴力越小,波纹钢搭接接头的抗弯承载能力越强;单波螺栓数量每增加2个,接头极限弯矩平均增长5.9%;波纹钢板厚度每增加2 mm,接头极限弯矩平均增长21.9%;当单波螺栓数量为6个、波纹钢板厚度大于6 mm时可兼顾安全性和经济性。极限弯矩经验公式的拟合优度较高,可为接头强度校核提供参考。

6005A-T6铝合金搭接接头激光焊工艺研究

文章以6005A-T6铝合金为研究对象,进行搭接接头激光焊工艺研究。研究内容包括送丝速度不变,提高激光功率;激光功率不变,提升送丝速度。结果显示,2 mm厚6005A-T6铝合金搭接接头激光焊后接头表面成型良好,但当激光功率达到5000 W时背部出现焊洇;当送丝速度不变提高激光功率时,焊缝金属更易铺展,熔合性能增加,焊缝表面纹路变得深而清晰;同时随着激光功率的增加,力学性能与力学性能增加幅度都在增加。当激光功率不变,增加送丝速度时,其表面成型质量下降,接头熔深、力学性能呈现先提高再下降。观察力学断裂试样,断裂位置在上板熔合线时的力学性能要高于断裂在下板熔合线位置时的力学性能。显微组织检测结果显示,搭接接头激光焊焊缝,熔合线附近出现明显的柱状晶组织,焊缝中心为等轴晶粒。

胶粘剂弹性模量对铝合金单搭接接头应力应变分布的影响

利用弹塑性有限元法研究胶粘剂的弹性模量对单搭接接头应力应变分布的影响。结果表明,随着弹性模量的增加,接头的应力峰值逐渐增大,并由胶层向胶瘤转移,其刚度越大,应变越小。低弹性模量胶粘剂的接头,载荷主要由胶层承担,胶层受力很均匀,而胶瘤的作用很小,胶瘤并没有很大地降低胶层中的应力峰值。高弹性模量胶粘剂的接头,胶瘤的作用很大,承担了很大一部分载荷,而胶层中部受力很不均匀。

钛/铝异种金属搅拌摩擦焊搭接接头的组织结构

采用搅拌摩擦焊对TC1钛合金和LF6铝合金异种金属进行了搭接连接,研究了接头的微观组织结构.结果表明,当搅拌头旋转频率为1 500 r/min、焊接速度为60mm/min时,能获得焊缝成形良好、无孔洞和裂纹等缺陷的搭接接头,搭接处铝合金和钛合金充分混合,形成焊核区.焊核两侧进入铝合金中的钛合金在搅拌针的挤压下发生了弯曲,使得钛/铝紧密结合.搭接接头中心部位的搭接界面区呈层状组织,可分为三层,靠近焊核和靠近钛合金母材一侧的均为黑白相间的条带状组织,含有焊接过程中生成的Ti-Al金属间化合物;夹在中间的为黑色片状组织和灰色基体上分布黑色颗粒的条带状组织,分别是被搅入界面区的钛合金母材和钛合金母材与铝合金母材的机械混合物.

铝合金搅拌摩擦焊搭接接头工艺及组织性能研究

对铝合金3003进行一系列的搅拌摩擦搭接焊试验,并对焊接接头的工艺及组织性能进行了分析。试验结果表明:焊接接头可分为3个区域:焊核区、热机械影响区和热影响区,各区域的组织有明显的特征。当搅拌头的旋转速度为1120 r/min,焊接速度为50mm/min时,焊缝成型良好,当焊接工艺参数选择不恰当时,会产生飞边、沟槽、隧道型缺陷、钩状缺陷及波浪状曲线等缺陷。同时该旋转速度下各焊接速度所对应的抗拉强度普遍较高,基本可以达到母材抗拉强度的75%以上。在搭接焊核区硬度较高,有的甚至超过母材,在上板前进侧的热影响区硬度达到最低值。

单搭接接头胶层间隙对强度和应力的影响

研究单搭接接头胶缝中预留间隙对接头拉剪强度和应力分布的影响。结果表明,随着间隙长度的增加,接头的承载能力趋于减小,但接头的实际剪切强度却持续上升;当间隙长度继续增加时,接头的实际强度趋于下降。研究中还发现间隙所处的位置对接头的抗剪强度有较大的影响,胶层端部预留间隙使接头的承载能力和实际强度均显著下降。有限元数值分析结果表明,间隙长度超过某特定值后胶层中的应力集中程度会急剧上升,间隙位于端部时胶层中的应力集中程度明显高于位于中部的场合。

铜与不锈钢搅拌摩擦焊搭接接头的显微组织

采用搅拌摩擦焊方法实现T2紫铜和不锈钢异种金属的焊接,得到外观成形良好、变形小的搭接接头。通过金相、能谱扫描分析焊接接头组织。结果表明:紫铜-不锈钢搭接接头后退侧塑性较好的紫铜金属材料从上往下流动形成层状流线,在焊缝交界处与塑性较差的不锈钢金属材料形成具有模糊界线的区域组织;焊核区上表面组织为细小的等轴晶,紫铜侧组织由于受高温时间较长,为粗大的等轴晶,钢侧组织受搅拌针端部作用形成再结晶晶粒,交界处出现涡流交迭形状;前进侧有两种组织形貌,即铜基混合条带和钢基混合条带;紫铜-不锈钢异种材料焊接时在不锈钢侧存在搅拌头磨损后脱落的元素成分。

轴肩下压量对搅拌摩擦焊搭接接头力学性能的影响

采用表面为右螺纹圆柱型搅拌针的搅拌头对3 mm厚LY12铝合金进行了搅拌摩擦焊搭接试验,研究了轴肩下压量对接头界面迁移和搭接接头力学性能的影响.结果表明,随轴肩下压量增大,焊缝两侧的搭接界面均向下迁移,其迁移量随下压量的增加而增加,焊缝返回侧的界面迁移量大于前进侧.控制轴肩下压量,当轴肩下压量合适时,焊缝两侧的界面仅发生较小的迁移.当焊缝两侧的界面仅发生较小的迁移量时,搭接接头有较高的抗剪强度,且断裂都发生在上板,呈正断.焊缝两侧的搭接界面向下迁移时,断裂都发生在下板,接头抗剪强度随界面迁移高度的增加而减小,且受拉侧在下板前进侧时,接头的抗剪强度较受拉侧在下板返回侧时的高.

铝合金2024-T4搅拌摩擦焊搭接接头组织与性能分析

研究了铝合金2024-T4搅拌摩擦焊(FSW)搭接接头的微观组织特征和疲劳性能。结果表明,搭接接头后退侧热力影响区晶粒变形程度较前进侧严重。疲劳试样断裂位置均位于弱连接缺陷向上"拉起"较严重的焊核区后退侧。当应力比为0.1时,铝合金搅拌摩擦焊搭接接头对应于95%存活率的疲劳强度特征值Δσk为18.25MPa,与铝合金熔焊搭接接头的Δσk为13.92MPa相比,增加了31.11%。与此同时,FSW搭接接头疲劳S-N曲线斜率m为5.39,大于熔焊接头所对应的S-N曲线斜率范围3.0～3.5,可见在长寿命区搭接接头的疲劳性能优于熔焊接头。搭接接头的裂纹源位于搭接接头上板底部位置的表面缺陷或者强化相颗粒处,对应于弱连接缺陷处。

不同胶层厚度单搭接接头剪切试验与强度预测

对不同胶层厚度的单搭接胶接接头进行拉伸载荷的剪切试验,对比胶层厚度以及胶瘤等因素对搭接接头强度的影响,通过有限元数值仿真,模拟不同胶层厚度试验件在接头破坏位置附近的等效应力情况,得出随胶层厚度的增加接头强度逐渐减小、端部胶瘤降低了粘接表面应力峰值从而提高接头强度等结论。同时引用Hart-Sm ith弯矩系数计算出较厚胶层单搭接接头强度的保守值。

铝钢异种金属搅拌摩擦焊搭接接头组织与性能研究

通过对5052铝合金和Q235钢板搅拌摩擦搭接焊进行试验研究,获得质量良好的接头,通过剪切试验、断口形貌扫描电子显微镜和能谱分析对搭接接头组织和性能进行测试研究。结果表明:采用搅拌摩擦焊可以获得焊缝成形良好、无孔洞和裂纹等缺陷的搭接接头,强度可达到225 MPa,基本接近铝合金侧母材的强度,焊缝接头获得良好的机械连接和冶金连接。针对铝钢搭接的接头形式构建了组织模型,将接头分为搅拌扩散区、机械结合区和冶金结合区,揭示了铝钢搅拌摩擦搭接焊的连接机理。

搅拌摩擦焊搭接接头的研究现状与展望

搅拌摩擦焊由于其固相连接的特点,在进行铝合金的搭接焊接时,原始搭接界面会随着金属流动而形成迁移界面,从而对焊缝性能造成影响。在此通过对现有文献中搅拌摩擦焊搭接接头的研究内容进行分析,对搅拌摩擦焊搭接接头性能的影响因素及其影响原因进行了综述,并在此基础上展望了搅拌摩擦焊搭接焊的研究方向。

薄板搭接接头固有变形逆解析方法

文中采用变形测试和数值模拟技术相结合的研究手段对低碳钢薄板搭接接头固有变形的求解方法进行了研究,提出了该接头的固有变形分布简化模型,并利用固有变形逆解析方法推定了3 mm低碳钢薄板的固有变形.使用该方法得到的固有变形值来预测焊接变形能较好的再现试验结果.结果表明,采用文中提出的固有变形分布简化模型能获得高精度的固有变形值,搭接接头固有变形的逆解析算法是正确有效的.

铝合金搭接接头搅拌摩擦焊工艺研究

对LF2铝合金薄板,在摩擦搅拌焊焊机上进行了大量的搭接焊试验,通过对搭接接头成型时的特点及规律进行分析,总结了搭接焊过程中摩擦头转速、焊速等工艺参数对搭接焊缝质量的影响,确定了最佳焊接规范。结果表明,焊核区由平均尺寸6μm的晶粒组成,并且已无上下板的界面痕迹;因其晶粒度远小于母材,故拉伸断口均出现在接头的热影响区内;当摩擦头转速1100r/min,焊速在80～255mm/min大范围内焊接时,接头质量均较高,焊速100mm/min时,接头剪切强度最大,可达到母材剪切强度的75%以上。

复合材料双搭接接头拉伸强度研究

对不同胶层厚度的复合材料双搭接接头拉伸强度进行了试验研究,结果表明接头的破坏模式是胶层剪切破坏,并且接头的极限强度随胶层厚度的增加而增大。在此基础上建立解析模型对复合材料双搭接接头胶层剪切破坏进行研究,模型中考虑了复合材料层板单层的各向异性及胶层的理想弹塑性材料属性,通过与有限元模型计算结果进行对比,验证了解析模型在计算胶层剪切应变/应力分布时的有效性。解析模型使用最大剪切应变准则计算接头的极限拉伸强度,计算得到的接头极限强度与试验结果吻合良好。

铝合金搅拌摩擦焊对搭接接头Hook缺陷研究

对厚度为16mm与20mm的6082铝合金对搭接接头进行搅拌摩擦焊接试验，结果表明，对搭接接头搅拌摩擦焊接工艺参数可调范围较宽，搅拌头旋转速度在300～600r／min及焊接速度在60～200mm／min条件下，能够获得完整无缺陷的焊接接头。搭接面处于前进侧时，Hook缺陷向上偏转，角度大于90°；搭接面处于后退侧时，Hook缺陷向下偏转，角度小于45°。

7B04高强铝合金搅拌摩擦焊搭接接头界面成形与力学性能

为了研究7804高强铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的界面成形与力学性能，对2mm厚薄板搭接接头进行了不同工艺参数的搅拌摩擦焊接。试验结果表明：当旋转速度和轴肩下压量不变，焊接速度在50-300mm／min之间变化时，接头的抗拉强度先增后减；当旋转速度和焊接速度不变，轴肩下压量在0．1～0．4mm之间变化时，接头的抗拉强度逐渐增大；当焊接速度和轴肩下压量不变，旋转速度在400-1000r／min之间变化时，接头的抗拉强度先增后减。当旋转速度为600r／min、焊接速度为200mm／min、轴肩下压量为0．3mm时，接头强度最高。