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文檔簡介
1、激光點(diǎn)焊—膠接復(fù)合技術(shù)憑借著自身良好的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性,以及接頭優(yōu)良的綜合力學(xué)性能,在航空、航天和汽車等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。但是,由于膠粘劑的氣化溫度較低,在激光的熱作用下會產(chǎn)生大量氣體沖擊熔池,使復(fù)合連接過程存在著較大的不穩(wěn)定性。目前,通常會采用一些輔助措施的方式控制膠粘劑氣化。另外,目前對于點(diǎn)焊—膠接復(fù)合接頭力學(xué)性能以及應(yīng)力分布的研究,無法很好地揭示復(fù)合接頭的斷裂機(jī)制。本文以此為研究目標(biāo),以低碳鋼Q195,和三種不同的膠粘劑J-11、
2、AD-1301和Terokal-5089為試驗(yàn)材料,提出了利用組合脈沖的激光點(diǎn)焊—膠接復(fù)合連接的工藝,并對工藝和所獲復(fù)合接頭斷裂行為進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
首先,研究組合脈沖激光對于膠層氣體的控制。試驗(yàn)結(jié)果表明,利用低功率長時間的預(yù)氣化脈沖,在保證金屬上板未熔透的前提下,使焊接區(qū)域下方的膠層氣化,并在焊接區(qū)域形成足夠大的“無膠區(qū)域”,達(dá)成無膠焊接的目的。通過系統(tǒng)的工藝試驗(yàn),證明了利用預(yù)氣化脈沖控制膠層氣化的可行性,成功地解決了激光
3、點(diǎn)焊—膠接復(fù)合連接工藝過程中膠層氣化對熔池的沖擊問題。并且提出了實(shí)現(xiàn)膠層預(yù)氣化過程的三個判定條件:1、預(yù)氣化過程中上板金屬不能熔透;2、膠層達(dá)到受力平衡狀態(tài)時,膠層氣體壓力不足以沖擊熔池;3、膠層達(dá)到受力平衡狀態(tài)時,所形成的無膠區(qū)域尺寸大于點(diǎn)焊熔合面尺寸。并以此建立預(yù)氣化脈沖的工藝模型,優(yōu)化預(yù)氣化脈沖的工藝參數(shù)以及確定本工藝條件下膠粘劑粘度的最大值。
進(jìn)一步,開展對于激光點(diǎn)焊—膠接復(fù)合接頭斷裂機(jī)制的研究,解釋復(fù)合接頭力學(xué)性能變
4、化的原因,獲得復(fù)合接頭力學(xué)性能的主要控制因素。通過對膠接接頭、激光點(diǎn)焊接頭和激光點(diǎn)焊—膠接復(fù)合接頭的靜載和動載力學(xué)性能進(jìn)行測試,證明激光點(diǎn)焊—膠接復(fù)合接頭具有優(yōu)秀的綜合力學(xué)性能。在靜載試驗(yàn)中,相比于點(diǎn)焊接頭,拉剪載荷提高140%,剝離載荷提高17%,抗彎載荷提高33%,相比于膠接接頭,拉剪載荷提高12%,剝離載荷提高336%,抗彎載荷提高47%;在動載力學(xué)性能測試中,激光點(diǎn)焊—膠接復(fù)合接頭所表現(xiàn)出的性能與膠接接頭較為接近,明顯優(yōu)于激光點(diǎn)
5、焊接頭,且疲勞斷口表明,復(fù)合接頭的疲勞性能主要依賴膠接部分。
在拉剪力學(xué)性能測試的基礎(chǔ)上,建立了激光點(diǎn)焊—膠接復(fù)合接頭拉剪過程的動態(tài)斷裂有限元計(jì)算模型。分析了復(fù)合接頭的拉剪斷裂過程,證明復(fù)合接頭兩個膠接端面是受力的關(guān)鍵位置。并且解釋了復(fù)合接頭承載能力提高的原因:焊點(diǎn)的加入,焊點(diǎn)的存在提高了接頭的彈性模量,降低了承載過程中搭接界面的相對位移,增強(qiáng)了連接界面的抗裂能力,從而提高復(fù)合接頭的承載能力。利用斷裂模型,計(jì)算分析了膠層彈性模
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