激光點(diǎn)焊—膠接復(fù)合連接特性及接頭斷裂機(jī)制研究.pdf

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(huì)產(chǎn)生大量氣體沖擊熔池，使復(fù)合連接過(guò)程存在著較大的不穩(wěn)定性。目前，通常會(huì)采用一些輔助措施的方式控制膠粘劑氣化。另外，目前對(duì)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(wú)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(duì)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(duì)于膠層氣體的控制。試驗(yàn)結(jié)果表明，利用低功率長(zhǎng)時(shí)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(wú)膠區(qū)域”，達(dá)成無(wú)膠焊接的目的。通過(guò)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(guò)程中膠層氣化對(duì)熔池的沖擊問(wèn)題。并且提出了實(shí)現(xiàn)膠層預(yù)氣化過(guò)程的三個(gè)判定條件：1、預(yù)氣化過(guò)程中上板金屬不能熔透；2、膠層達(dá)到受力平衡狀態(tài)時(shí)，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(shí)，所形成的無(wú)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(duì)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(guò)對(duì)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(dòng)載力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)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(dòng)載力學(xué)性能測(cè)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(cè)試的基礎(chǔ)上，建立了激光點(diǎn)焊—膠接復(fù)合接頭拉剪過(guò)程的動(dòng)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(guò)程，證明復(fù)合接頭兩個(gè)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(guò)程中搭接界面的相對(duì)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