【摘 要】
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针对目前车身轻量化发展需求,有必要发展以现有电阻点焊工艺为基础的改进型铝合金薄壁结构连接新方法。本文开展以下四方面研究:(1)新型铝合金薄板连接工艺的建立:将现有电阻点焊与机械压印连接工艺相结合,并辅以产生额外热量的不锈钢材质薄带,提出了铝合金压印-点焊复合连接工艺。根据实际需要,该工艺可以生产不填充铆钉与填充铆钉的接头。采用混合正交实验的方法对简单不填充铆钉接头的工艺参数进行优化,并与电阻点焊工
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针对目前车身轻量化发展需求,有必要发展以现有电阻点焊工艺为基础的改进型铝合金薄壁结构连接新方法。本文开展以下四方面研究:(1)新型铝合金薄板连接工艺的建立:将现有电阻点焊与机械压印连接工艺相结合,并辅以产生额外热量的不锈钢材质薄带,提出了铝合金压印-点焊复合连接工艺。根据实际需要,该工艺可以生产不填充铆钉与填充铆钉的接头。采用混合正交实验的方法对简单不填充铆钉接头的工艺参数进行优化,并与电阻点焊工艺进行对比。此外,对比了压印-点焊复合连接与电阻点焊两工艺对铝合金工件氧化膜的适应性。发现新工艺更适合直接加工未处理的工件。建立了压印-点焊复合连接工艺的力-电-热三场间接耦合有限元模型,分析了典型加工参数下的工件局部变形与温度场变化。(2)开展了铝合金接头熔化区冶金特性与局部强度演化研究:通过多元热动力学相图计算技术,基于Scheil-Gulliver凝固理论,建立了考虑溶质再分配影响的凝固模型,定性分析各类热循环以及成分变化条件下熔化区的结晶形态。在此基础上,基于Kampmann and Wagner形核与长大动力学模型,建立了接头烘烤强化解析模型。采用填充铆钉的压印-点焊复合连接方法可以改变熔化区化学成分,特别地,对于6061板材可以填充6082填料铆钉,可以一定程度地提高熔化区的烘烤硬化性能。(3)开展了铝合金薄板离散型接头承力结构研究:建立了基于数字图像相关(DIC)技术的离散型接头连接区截面内应变场提取方法,设计了相应力学测试试样。利用压印-点焊连接工艺可以在熔化区宽度相近的前提下调整连接区的局部刚度(与熔化区截面极惯性矩有关);通过DIC观测,发现局部刚度提升可以抵抗连接区在拉剪测试中的扭转,减小切应变分量,提高接头承载峰值。(4)铝合金与异种金属薄板连接基础研究:首先结合相图计算技术,研究了铝与几种常用金属板材之间的焊接性。然后选取目前连接工艺性较好的铝/钢组合进行压印-点焊连接工艺实验。结果表明,铝/钢压印-点焊连接接头的承载能力优于传统电阻点焊接头,主要通过两方面机制:1)铝/钢压印-点焊连接工艺中,接头截面温度场分布特点造成截面Al-Fe化合物层更薄、更均匀,从冶金结合因素提高接头承载能力;2)铝/钢压印-点焊连接接头的独特结构会使其在承受外部拉剪载荷时应变集中区避开脆性Al-Fe化合物层,从结构因素提高接头韧性。
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