电磁铆接加载速率对TA1铆钉变形影响研究

针对高应变速率敏感性钛合金铆钉的成形问题,通过试验和微观分析研究加载速率对TA1铆钉钉头和钉杆变形、能量效率、铆钉与钢板及铆钉与钢板-复合材料夹层结构的连接效果的影响,讨论TA1铆钉变形区晶粒细化规律.研究结果表明,2种不同数量的加载速率均能实现TA1铆钉成形.随着加载速率提高,钉头绝热剪切带变形越显著.合适的加载速率易于实现铆钉与复合材料-钢板夹层结构良好连接.低加载速率有利于铆钉变形过程产生的热量传递到更宽的区域,推迟变形区裂纹的产生并细化晶粒,提高TA1铆钉的极限变形.

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。

TA1钛合金单搭自冲铆接头微动磨损机理

对TA1钛合金单搭自冲铆接头进行疲劳实验研究接头失效形式;用扫描电子显微镜和X射线能谱线扫描研究铆钉各部位微动磨损程度的差异和接头微动磨损机理;采用威布尔分布验证数据有效性。结果表明:接头疲劳失效形式主要为上板断裂,高周疲劳均为上板断裂,低周疲劳为上下板混合断裂;微动磨屑包含氧、钛、锌和锡元素,铆钉头部微动磨损程度高于铆钉腿部。微动磨损区出现严重脱层、微动磨屑堆积和微裂纹萌生等现象,随着微动磨损及剪切力共同作用导致接头断口部位出现大量微裂纹并逐步沿深度和宽度方向扩展为宏观裂纹,最终导致接头疲劳失效。

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。

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%。

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。

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。

电磁铆接加载电压对TA1铆钉绝热剪切变形的影响

对TA1铆钉进行了电磁铆接工艺试验,利用光学显微镜和扫描电镜进行了微观组织结构观察,研究加载电压对TA1铆钉镦头变形的影响,分析绝热剪切带内微观组织演变以及带的萌生与扩展过程。结果表明,随着加载电压升高,铆钉变形量增加,晶粒变形越严重,剧烈塑性变形主要集中在剪切带。微裂纹萌生于剪切带中,而后沿剪切带两侧延伸,最终微裂纹相互连接导致镦头剪切破坏。当加载电压升至200 V时,镦头变形量为0.37,经标定,α和β相共存于剪切带,此时剪切带已发展为相变带。但是在带中大多数晶粒仍为初始相结构,仅有少部分发生相变。与α相相比,β相的取向分布显示出相对较弱的纹理强度。

低压电磁铆接放电电流分析

线圈放电电流对铆接力起决定作用,铆接力是顺利实现铆接的关键因素。放电电流可采用幅值和频率等参数描述。该文在放电回路分析的基础上,通过电阻分流器法测量成形线圈放电电流,分析低压电磁铆接系统参数对线圈放电电流的影响。研究结果表明,在低压电磁铆接下,线圈放电电流为一衰减震荡波形,幅值在kA级,周期为ms级,能顺利实现直径4mmTA1铆钉的成形。同时线圈匝数、导线截面尺寸、放电电容和驱动片厚度等参数,对低压电磁铆接放电电流的幅值和周期均产生较大的影响。在成形中需优化电阻、电感和电容三者的匹配关系,以满足不同工艺放电电流的要求。

钛合金异质T型自冲铆接头的剥离性能研究

对TA1钛合金板及与1420铝锂合金板(AL1420)、5052铝合金板(AA5052)、镀锌钢板(Q215)和铜合金板(H62)的异质T型自冲铆接头进行剥离试验,观察了各组接头的成形质量。分析了接头的力学性能和能量吸收值。结果表明:自冲铆接技术能够实现TA1异质板材的有效连接,其中TA1-Q215接头的最大剥离载荷高于其余3组接头,TA1-AL1420接头能量吸收性能最优。

钛合金异质自冲铆接头力学性能及失效机理分析

对钛合金异质单搭及T型自冲铆接头进行拉伸-剪切实验和剥离实验,对比接头的静力学性能,用扫描电子显微镜对接头典型断口进行研究,分析其微观失效机理。结果表明：TA1-Q215接头的最大失效载荷大于相同搭接类型的TA1-AA5052接头;TA1-AA5052单搭接头因下板断裂失效,为韧性断裂特征;TA1-Q215单搭接头上板铆钉孔撕裂处为韧窝形貌,铆钉与下板分离过程中,下板发生塑性变形并与铆钉产生严重刮擦现象;TA1-AA5052T型接头因铆钉与下板分离失效,下板出现明显的撕裂棱;当TA1-Q215T型接头失效形式为铆钉与上板分离时,上板撕裂处为准解理断裂机制;当铆钉与下板分离时下板撕裂处为韧性断裂,铆钉从下板剥离过程中产生刮痕。

钛合金薄板自冲铆接工艺及失效行为研究

基于自冲铆接(SPR)技术,从降低板材硬度和提高铆钉硬度两个角度,实现了对TA1钛合金薄板的有效连接,并制备了TH(降低板材硬度)和TR(提高铆钉硬度)两组钛合金自冲铆接头。通过力学试验研究了两组接头的静力学和疲劳性能,并且基于三参数经验公式采用S-N曲线拟合法绘制出接头S-N曲线。最后,从宏观角度分析两组接头的失效行为,并利用高真空扫描电镜(SEM)进行TR接头的微观断口分析。结果表明:从自冲铆接技术优势和工程实际角度考虑,TR接头的铆接方式比TH接头更具实际操作意义。TH接头的静失效载荷和能量吸收性能均优于TR接头;且两组接头的静力学失效形式均为铆钉断裂。而TR接头疲劳性能更优,且两组接头均出现了下板断裂和铆钉断裂的多种疲劳失效形式。此外,依据SEM观测结果推断出因下板断裂而失效的TR接头,其疲劳裂纹源于铆钉脚应力集中点,且首先沿板宽方向扩展,后沿板厚方向延伸,直至接头完全断裂失效。而因铆钉断裂而失效的TR接头,其断口呈现出典型的疲劳脆性断裂特征。