8090铝锂合金T型自冲铆接头剥离试验失效机理分析北大核心CSCD

为探究8090铝锂合金自冲铆(SPR)T型接头的剥离性能及失效机理,本文对8090铝锂合金(8090)同种及其与钛合金(TA1)、铜合金(H62)异种组合的三组自冲铆T型接头进行剥离试验,并通过MATLAB R2014b对所得试验数据进行分析。结果表明:当下板材料相同时,接头铆钉刺入下板的深度对接头机械内锁的强度影响较大。剥离时的最大载荷均值从小到大依次为:8090-8090T型接头(1070.3 N),TA1-8090T型接头(1414.2 N)和H62-8090T型接头(1642.7 N)。8090同种T型接头的能量吸收能力均大于其余两组异种组接头。     

1420 铝锂合金同种异种自冲铆单搭接头力学性能

为探究1420铝锂合金自冲铆接头的力学性能,本文采用自冲铆连接设备对1420铝锂合金(AL1420)同种及其与铜合金(H62)异种板材组合进行铆接,并通过拉伸-剪切试验测试接头的力学性能,运用SPSS数据分析软件对接头的最大载荷和最大位移量进行分析。结果表明:AL1420-AL1420和AL1420-H62两种接头的失效形式皆为铆钉从下板拉脱,铆钉头与上板接触区域出现不同程度撕裂;H62-AL1420接头除铆钉从下板拉脱,铆钉头与下板接触区域仅出现凹陷。AL1420-AL1420接头最大载荷最高(6 026.8 N),能量吸收性能最好(16.84 J)。对于异种板材组合,H62-AL1420接头的最大载荷(5 304.0 N)大于AL1420-H62接头(5 229.3 N),AL1420-H62接头的能量吸收值(16.79 J)大于H62-AL1420接头(15.08 J),异种板材铆接时则优先采用能量吸收性能较好的AL1420-H62搭接形式。     

几种金属材料自冲铆接头的静态失效机理

利用自冲铆连接系统、材料试验机及扫描电子显微镜等设备来研究钛合金、铝锂合金及铝合金自冲铆接头的力学性能与静态失效机理。结果表明:TA1钛合金接头平均最大拉剪载荷(6 285.0 N)在3种接头中最大,8090铝锂合金接头(5 478.3 N)次之,5052铝合金接头(3 217.7 N)最小;不同金属材料自冲铆接头的静态失效模式有很大的区别,TA1钛合金接头出现铆钉从沿晶断裂向韧性断裂转变的失效过程,8090铝锂合金接头出现材料被擦伤与解理断裂的失效过程,5052铝合金接头仅出现材料被擦伤的失效过程。     

8090 铝锂合金自冲铆-粘接接头的力学性能

为探究自冲铆接技术与粘接技术的结合性能,本文对8090铝锂合金及5052铝合金两种材料的同种组合分别使用3M-DP100PLUS和3M-DP100两种胶黏剂进行粘接后再采用自冲铆技术铆接的组合连接方式制备单搭自冲铆-粘接接头,并通过静力学拉伸-剪切试验测试接头的强度。对结果分析表明:胶黏剂的黏度对自冲铆接头的成形质量和强度影响很大,对接头的能量吸收的影响很小。选用合适的胶黏剂是可以更好地实现两种连接技术结合的。     

钛合金异种材料单搭自冲铆接头力学性能

为研究钛合金异种材料单搭自冲铆接头的力学性能,本文使用接头剖面直观检测法分析了四种铆接接头的成形质量,先后对铜-钛合金接头(H62-TA1接头)和钛-铝合金接头(TA1-AA5052接头)进行准静态力学性能测试,得到了两种接头的载荷-位移曲线。采用狄克逊准则剔除异常值,并通过变差系数法验证了试验数据的可靠性。研究结果表明:H62-TA1接头质量优于TA1-H62接头,TA1-AA5052接头质量优于AA5052-TA1接头;H62-TA1接头强度(5 177.8 N)高于TA1-AA5052接头(4 296.9 N),H62-TA1接头能量吸收值(21.9 J)大于TA1-AA5052接头(10.2 J);H62-TA1接头失效模式为铆钉拉出失效,TA1-AA5052接头失效模式为下板拉断失效。     

铝锂合金同异质自冲铆接头静力学性能研究

以1420铝锂合金(AL1420)为载体制备其同质及其与H62铜合金(H62)、Q215镀锌钢(Q215)和TA1工业纯钛(TA1)异质单搭自冲铆接头。通过静力学试验分析各种接头的静失效载荷及能量吸收性能;就其失效模式分析推断其宏观失效机理。结果表明:TA1-AL1420接头静失效载荷最高,Q215-AL1420接头能量吸收性能最强;除TA1-AL1420接头外,其余各组接头失效位移呈现出的大小规律与能量吸收值的高低规律一致。当上下板材屈服强度相差不大时,接头的失效模式均为下板与铆钉分离;相差较大时,主要以屈服强度较低板断裂失效。     

铝锂合金与钛合金压印接头的力学性能

采用试验方法研究了铝锂合金(1420)和钛合金(TA1)同种压印接头及这两种材料组合的异种压印接头的力学性能,以接头的承载以及缓冲抗震能力作为评价接头质量的两个主要标准,经实验得到每组接头的载荷-位移曲线和能量吸收直方图间接得出压印接头的承载以及缓冲抗震能力。由实验结果可知,表征接头的承载以及缓冲抗震能力的载荷-位移曲线和能量吸收直方图均表明TA1-1420接头的力学性能相较于其他接头好,且与TA1-TA1接头相比,作为下板的1420密度较小,TA1-1420组的压印接头质量更轻。TA1-1420接头更适用于对于承载和缓冲抗震要求较高的部件。     

压印接头典型失效形式及机理

选取1420铝锂合金(1420)和镀锌钢进行不同组合压印连接,对所得接头进行静态力学性能试验,并运用扫描电子显微镜对接头拉伸断口进行微观分析。结果表明:镀锌钢-1420接头的静拉伸强度和能量吸收值最大(3 119.3 N,4.757 J);1420-1420接头最小(2 243.4 N,0.598 J)。1420-1420接头为颈部断裂失效,镀锌钢-镀锌钢接头为混合失效,两种接头同时存在韧性断裂和脆性断裂两种特征;镀锌钢-1420接头为上板拉脱失效,接头断口为韧性断裂。     

基于深度学习的自冲铆接偏铆缺陷检测算法研究

自冲铆接技术适合铝钢等异种材料连接,接头性能可靠,在航空工业中有着广阔的应用场景,但目前针对自冲铆接缺陷无损检测的相关研究较少。提出了基于深度学习的自冲铆接偏铆缺陷检测算法,首先通过剪切力学性能试验得出偏铆自冲铆接件相较于正常铆接件力学性能下降了5.6%;然后通过自冲铆接偏铆件外部形貌特征将偏铆程度由外部特征定义在0～10的区间;最后探究了单步检测同双步检测间的检测效果差异,提出了YOLOv5s(You Only Look Once v5s)加ResNet18的检测方案,并通过Grad-CAM(Gradient-Weighted Class Activation Mapping)对不同检测方案的效果差异进行了可视化的解释。测试表明,提出的YOLOv5s加ResNet18的检测方案在所采集的数据测试集中可以达到100%正确率,高于仅用YOLOv5s取得的95.18%正确率,远高于仅用ResNet18取得的84.1%正确率。     

铝锂合金激光焊T型接头残余应力分布特征

分别采用激光焊、激光填丝焊、MIG焊等焊接方法对5A90铝锂合金T型接头进行焊接,然后采用X射线衍射法对其进行残余应力测量,获得了T型接头垂直于焊缝方向不同位置处的残余应力分布,并分析了不同焊接方法对其残余应力分布规律的影响。     

镓中间层1420铝锂合金扩散连接方法与试验研究

研究了镓对1420铝锂合金的表面活化作用,结果表明液态镓能有效破坏1420铝锂合金表面的氧化膜。基于镓中间层的表面活化作用,在力学拉伸试验机上通过机械加压方法,在试验温度520℃,连接压力7MPa,扩散时间1h条件下,对1420铝锂合金进行了扩散连接试验,并通过光学显微镜、扫描电镜和剪切强度试验等方法,对接头进行了微观分析和剪切强度测试。结果表明,中间层厚度小于1mg/cm2时,接头界面处的缝隙非常明显,焊合率较低,接头剪切强度很低,其剪切断口微观形貌光滑平整;中间层厚度大于1mg/cm2时(包括1mg/cm2),扩散连接界面完全消失,接头剪切强度明显提高,其剪切断口微观形貌中呈现沿剪切方向的撕裂带,表现为韧性断裂特征。中间层厚度为1mg/cm2时,接头剪切强度最高,达到58.35 MPa。     

铝锂合金激光焊接接头组织与缺陷研究进展

随着对飞行器性能的要求日趋提高,结构减重成为航空航天制造中的重要任务。铝锂合金由于其轻质高强等优良性能,被认为是极具发展前景与优势的航空航天轻质结构材料。同时,激光焊接技术被认为是最为有效的铝锂合金连接方式之一。但是,由于合金的特性及飞行器制造产业的要求,铝锂合金激光焊接技术仍存在诸多难点,介绍了铝锂合金激光焊焊缝特殊微观组织及常见焊接缺陷,重点讨论了等轴细晶区(EQZ)、焊接气孔、焊接裂纹及接头软化缺陷的形成机理及抑制措施。     

基于滚弯预变形的新型Al-Li-Cu-Mg合金蠕变时效成形试验研究

开展新型A1-Li-Cu-Mg合金薄壁板蠕变时效成形试验研究.通过对固溶态和T8态板料的蠕变拉伸性能和单曲率弯曲回弹率进行对比,掌握了新型铝锂合金蠕变时效成形特征,发现新型铝锂合金蠕变时效成形能力较差,单纯靠蠕变时效成形,无法成形出最终零件型面.本文提出基于滚弯预变形的蠕变时效复合成形工艺方法,满足了目标零件型面要求,对新一代飞机机身结构件的制造提供理论及数据参考.     

1420铝锂合金激光焊接研究

在大功率连续Nd3+YAG激光机器人加工系统上进行了1420铝锂合金焊接工艺试验,试板的厚度分别为1.5 mm和2.5 mm,研究了激光焊接中的离焦量及表面成形等工艺问题.测试了激光焊接接头的显微硬度、弯曲强度及拉伸强度等性能,拼焊接头的强度系数达到了85%,焊缝达到了HB5375-87 I级焊缝的要求.     

科技信息二则

铝锂合金的焊接 铝锂合金的优点是密度低、弹性模量高,能显著减轻构件的重量。目前国外研究得较多的是高纯度二元铝锂合金如(按重量百分比):Al-0.9Li、Al-1.6Li、Al-2.8Li、Al-3.8Li和AI-4.7Li。另一种是苏联的01420铝锂合金,其材料成分(按重量百分比)是Al-5Mg-2Li-0.1Zr。过去飞机工业中的铝锂合金构件大多采用机械连接,现在普遍都在研究超塑性成形、焊接和胶接等连接方法。实验证明,钨极氩气保护焊、电子束焊等焊接方法均可成功地用于铝锂合金的焊接。但在焊接铝锂合金构件时应谨慎地选择焊丝和焊剂、焊前表明制备方法及焊接参数。     

玻璃纤维增强铝锂合金层板单峰过载疲劳寿命性能对比研究

为了研究铝锂合金、纤维金属层板(玻璃纤维增强铝锂合金2/1层板及3/2层板)材料不同加载下的疲劳寿命性能特点,对每种材料进行疲劳寿命试验。通过对每种材料试样施加不同循环特征的循环应力(恒幅循环应力(应力比R=0.06)、单峰拉伸过载、单峰压缩过载),共获得了9种应力-寿命试验数据。使用样本信息聚集原理,拟合出了各材料的P-S-N曲线。通过比较相同材料不同加载方式及相同加载方式不同材料下S-N曲线的差异,结果表明:拉伸过载下3种材料均表现出过载迟滞效应;压缩过载下合金材料表现出加速破坏效应,层板材料表现出一定的延迟效应;不同结构层板之间疲劳性能的优劣与其所受远程应力的大小有一定关系。     

基于DFR法的Al-Li-S4铝锂合金铆接结构疲劳可靠性分析

Al-Li-S4是新一代铝锂合金,常被用作机身材料,而铆接结构在飞机各个重要受力结构中也具有广泛的应用.为了研究Al-Li-S4铝锂合金铆接结构的疲劳性能,通过试验统计得到两种铆接结构的细节疲劳额定值(DFR),并借助扫描电镜观察其疲劳裂纹的萌生和扩展行为.结果表明:Al-Li-S4铝锂合金铆接搭接结构的DFR值为102.24 MPa,铆钉填充锪窝孔连接结构的DFR值为169.41 MPa;Al-Li-S4铝锂合金疲劳断口的分析表征其具有良好的抗疲劳损伤性能.研究结果可为新型民用飞机选材、疲劳设计和寿命评估提供参考.     

一种铝锂合金搅拌摩擦焊接头力学性能及微观组织研究

研究了C24S-T8铝锂合金搅拌摩擦焊接头力学性能及微观组织。通过焊接工艺参数的优化,获得了无孔洞缺陷、焊缝质量优异的接头,强度系数约82%。拉伸时塑性变形及断裂集中于焊缝处。基材晶粒呈薄饼状,沿轧制方向拉长;焊核区为细小等轴的再结晶晶粒,平均晶粒尺寸约2.3μm,大部分晶界是大于15°的大角度晶界;热机影响区的晶粒在焊接过程中发生了偏转和变形。C24S-T8铝锂合金基材强化相包括T1相(Al2CuLi)、θ’相(Al2Cu)和S’相(Al2CuMg);热机影响区及焊核区内强化相完全溶解,造成硬度下降。     

TA15四层板结构超塑成形/扩散连接技术研究

进行了TA15合金超塑拉伸试验,在温度920℃和应变速率5.25×104s-1时,TA15合金的最大延伸率约为1100％,其应变速率敏感性指数约为0.57.在较佳超塑变形条件930℃和应变速率5.25×10-4s-1附近,TA15合金的超塑本构方程为σ=949(ε) 0.55.对TA15四层板结构超塑成形过程进行了有限元分析,获得了压力p-时间t曲线.在T =930℃和应变速率5.25×10-4s-1下,成功进行了TA15四层板结构SPF/DB成形试验,试验件的整体质量良好,无沟槽等缺陷,金相组织观测表明,TA15四层SPF/DB试验件扩散连接质量优良.     

固溶前退火处理对2050铝锂合金冷轧薄板力学性能与组织的影响

采用拉伸性能测试、电子背散射衍射分析(EBSD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM),研究了固溶前退火处理(300℃/4 h,400℃/2 h)对2050铝锂合金冷轧薄板T8时效后力学性能、晶粒组织和析出相的影响。研究结果表明:固溶前退火处理导致2050铝锂合金冷轧薄板固溶态不完全再结晶数量增多,晶粒长厚比增大,小角度晶界比例增加,同时使合金Goss织构密度增大。T8时效后主要强化相为T_1相和θ′相。固溶前退火处理可导致后续T8时效时T_1相在不同{111}_(Al)面上析出差异,其中部分{111}_(Al)面上T_1相析出减少,而预拉伸变形时承受高分切应力{111}_(Al)面上T_1相析出增加,从而影响合金的力学性能。固溶前300℃/4 h退火处理可使T8时效后合金屈服强度和抗拉强度提高,伸长率基本保持不变。