轻量化多材料汽车车身连接技术进展

轻量化作为汽车节能减排的重要手段,得到世界各国的高度重视。综合考虑成本、性能及轻量化效果,采用多材料混合车身设计成为未来最为重要的车身轻量化手段。然而,异质材料物理属性差异大,采用传统电阻点焊技术难以实现可靠连接,使得轻量化多材料混合车身的装配面临巨大挑战。通过对比分析典型异质材料之间的物理属性差异,提出异质材料连接必须面临和解决的三大科学挑战,即界面硬脆相问题、电化学腐蚀问题以及变形和应力问题。在此基础上,对机械连接、熔钎焊、固相焊、胶接等四类异质材料连接工艺的研究进展、优缺点、应用现状以及发展趋势等进行综合分析和评价,旨在为多材料汽车车身的设计与制造提供借鉴。

CFRP/Al胶接接头形貌特征对连接性能影响

为解决汽车轻量化设计与制造中的异质材料间的连接问题,基于内聚力模型模型,对碳纤维增强复合材料(CFRP)/铝合金单搭接胶接接头,建立了接头有限元分析模型,并对有限元模型的有效性进行了试验验证.构建了3种具有不同形貌特征的CFRP/Al胶接接头结构方案,以单向拉伸载荷下的极限破坏载荷和破坏吸能量作为性能指标.结果表明:相对于普通单搭接接头,弧形接头破坏载荷和吸能量分别降低11.3%和9.88%;矩形槽接头失效载荷虽有所降低,但由于能更有效地发挥胶层中部区域的作用,在接头吸能特性方面有较大提升,接头抗冲击性能提升了91.63%.

工艺参量对NdFeB永磁体和SPCC钢激光点焊质量的影响

为了将激光点焊工艺应用于NdFeB永磁体与冷轧碳钢薄板的连接,试验研究了脉冲功率、脉冲宽度和离焦量对焊点形貌和接头强度的影响。激光点焊中存在热导焊和深熔焊两种焊接模式,改变峰值功率和离焦量都能使焊接模式发生转变,而改变脉宽时焊接模式不转变。点焊试样剪切试验中存在脱壳式、剪断式和压断式3种断裂模式,所对应的熔核尺寸和剪切载荷依次增加。结果表明,为获得较高的连接强度,宜使峰值功率与离焦量适当配合,实现深熔焊模式进行焊接,而脉冲宽度不宜太大。

碳纤维增强环氧树脂复合材料层合板结构及间隙尺寸对铆接性能的影响

通过对不同纺织结构的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板与铝合金(AlMg3)异质材料连接结构进行单剪切拉伸研究,分析间隙尺寸对不同纺织结构CFRP层合板与AlMg3连接结构性能的影响。试验结果表明,当CFRP层合板铺层数目相同时,对于纺织结构不同、间隙配合尺寸相同的CFRP-AlMg3单铆钉单剪切连接结构,编织结构碳纤维增强树脂基复合材料(WO-CFRP)层合板所受挤压应力比非编织结构碳纤维增强复合材料(UD-CFRP)层合板所受挤压应力大25%左右;对于纺织结构相同、间隙配合尺寸不同的CFRP-AlMg3单铆钉单剪切连接结构,其各自铆钉所受剪切应力和连接CFRP层合板所受挤压应力相差不大。同时对相同间隙尺寸、不同纺织结构的CFRP-AlMg3单铆钉单剪切连接结构各个阶段挤压应力分析得知:其他条件一定,各个阶段中WO-CFRP的挤压应力比UD-CFRP的挤压应力高20%左右。最后研究间隙尺寸对CFRP-AlMg3单铆钉单剪切连接结构性能的影响,发现铆钉与孔壁间隙尺寸对位移为铆钉直径大小的4%时的CFRP层合板受到的挤压应力影响较大,铆钉与孔壁间隙大小增加0.1mm,位移为铆钉直径大小的4%时的CFRP层合板受到的挤压应力降低约17%,而对CFRP层合板的初始损伤应力和破坏应力几乎没有影响,对铆钉所受剪切作用力和AlMg3板材所受挤压应力也几乎没有影响。

激光精密加工,点亮智能制造

激光精密加工技术在航空航天、集成电路、医疗器械等战略新兴产业领域展现出了巨大优势。本文重点介绍了北京航空航天大学激光团队近年来在激光精密抛光、金属-复合材料高强连接、一站式功能表面制备、超快激光刀钻骨、超快激光助力硅晶圆制造等方面的研究进展,对相关结果进行分析与总结,并展望了激光精密加工技术的未来发展方向和应用前景。