激光點焊—膠接復合連接特性及接頭斷裂機制研究.pdf

1、激光點焊—膠接復合技術憑借著自身良好的結構適應性，以及接頭優(yōu)良的綜合力學性能，在航空、航天和汽車等領域具有很大的應用前景。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，目前對于點焊—膠接復合接頭力學性能以及應力分布的研究，無法很好地揭示復合接頭的斷裂機制。本文以此為研究目標，以低碳鋼Q195，和三種不同的膠粘劑J-11、

2、AD-1301和Terokal-5089為試驗材料，提出了利用組合脈沖的激光點焊—膠接復合連接的工藝，并對工藝和所獲復合接頭斷裂行為進行了系統(tǒng)的研究。
　　首先，研究組合脈沖激光對于膠層氣體的控制。試驗結果表明，利用低功率長時間的預氣化脈沖，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”，達成無膠焊接的目的。通過系統(tǒng)的工藝試驗，證明了利用預氣化脈沖控制膠層氣化的可行性，成功地解決了激光

3、點焊—膠接復合連接工藝過程中膠層氣化對熔池的沖擊問題。并且提出了實現(xiàn)膠層預氣化過程的三個判定條件：1、預氣化過程中上板金屬不能熔透；2、膠層達到受力平衡狀態(tài)時，膠層氣體壓力不足以沖擊熔池；3、膠層達到受力平衡狀態(tài)時，所形成的無膠區(qū)域尺寸大于點焊熔合面尺寸。并以此建立預氣化脈沖的工藝模型，優(yōu)化預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。
　　進一步，開展對于激光點焊—膠接復合接頭斷裂機制的研究，解釋復合接頭力學性能變

4、化的原因，獲得復合接頭力學性能的主要控制因素。通過對膠接接頭、激光點焊接頭和激光點焊—膠接復合接頭的靜載和動載力學性能進行測試，證明激光點焊—膠接復合接頭具有優(yōu)秀的綜合力學性能。在靜載試驗中，相比于點焊接頭，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%；在動載力學性能測試中，激光點焊—膠接復合接頭所表現(xiàn)出的性能與膠接接頭較為接近，明顯優(yōu)于激光點

5、焊接頭，且疲勞斷口表明，復合接頭的疲勞性能主要依賴膠接部分。
　　在拉剪力學性能測試的基礎上，建立了激光點焊—膠接復合接頭拉剪過程的動態(tài)斷裂有限元計算模型。分析了復合接頭的拉剪斷裂過程，證明復合接頭兩個膠接端面是受力的關鍵位置。并且解釋了復合接頭承載能力提高的原因：焊點的加入，焊點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，增強了連接界面的抗裂能力，從而提高復合接頭的承載能力。利用斷裂模型，計算分析了膠層彈性模