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DP780双相钢胶接点焊工艺优化与接头失效分析

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DP780双相钢胶接点焊工艺优化与接头失效分析

作者：冯煜阳昆明理工大学

学位级别：硕士

针对1.2 mm厚的DP780双相钢薄板材料,开展胶接点焊工艺试验研究,建立胶接点焊接头静强度指标的多元二次回归模型,并进行工艺参数的优化;辨析接头的断裂失效特征,主要研究内容和结论包括:基于BBD响应面法,以焊接时间、焊接电流和供给压... 详细信息

针对1.2 mm厚的DP780双相钢薄板材料,开展胶接点焊工艺试验研究,建立胶接点焊接头静强度指标的多元二次回归模型,并进行工艺参数的优化;辨析接头的断裂失效特征,主要研究内容和结论包括:基于BBD响应面法,以焊接时间、焊接电流和供给压力为工艺影响因素,开展胶接点焊工艺试验设计及参数优化。结果表明:焊接时间对接头的失效载荷以及能量吸收值的影响最显著。为提升胶接点焊接头的抗拉剪强度,应选择较大的焊接时间和焊接电流。通过响应面分析获得1.2 mm厚DP780胶接点焊最优工艺参数:焊接时间150 ms,焊接电流8.3 kA,供给压力0.3 MPa。工艺试验得到接头最大失效载荷为16369 N,与回归方程计算值的误差在5.7%以内。通过分析胶接点焊接头的超声C扫描图像和A扫描信号特征,发现胶接点焊接头近焊核区存在胶层的烧灼气化现象,烧灼区宽度在2 mm-3 mm之间,胶接点焊接头结构可划分为:焊核区,熔合区,热影响区,胶层区和烧灼区;其次,胶接点焊接头的C扫描图像直观地呈现出飞溅、过烧缺陷。借助MTS力学性能试验机对剪切试件和剥离试件两种胶接点焊接头进行单向拉伸试验。结果表明:两种接头的载荷位移曲线均出现双峰特征,胶层先于焊核发生失效;剥离试件中的胶层承载能力相对较差。剪切试件失效接头具有“焊核拔出”和“界面撕裂”两种典型的失效模式,出现飞溅缺陷的接头对应部分焊核拔出的失效模式。失效接头SEM断口分析表明:界面撕裂失效的断口整体呈现脆性断裂特征,焊核拔出失效的断口出现大量韧窝,呈现韧性断裂特征。建立胶接点焊拉剪断裂过程的GTN/内聚力仿真模型,分析接头的断裂失效特征。结果表明:胶接点焊接头在拉伸初期胶层和焊点共同承载,当内聚力单元达到断裂能后,搭接区边缘的胶层首先断裂失效,胶层应力峰值向焊核中心逐渐扩展;待胶层完全失效后,外载荷仅由焊核单独承载,随着加载位移继续增大,两板间焊核与基板交界应力集中处的孔洞汇聚成裂纹,裂纹沿焊核周向扩展,继而发生焊核拔出失效。对比点焊,粘接和胶接点焊接头的断裂过程,发现胶接点焊接头的端面张开位移较点焊增长缓慢;在相同的外载条件下,由于胶接点焊接头的焊核和胶层共同受力,其胶层的Mises应力较粘接接头的小,因此,胶接点焊接头具有较优的结构承载能力。

关键词： DP780 胶接点焊力学性能超声波检测断裂模型

DP780高强钢胶接点焊的多元非线性回归模型

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材料导报 2020年第11期34卷 11071-11075页

作者：易金权曾凯邢保英冯煜阳翟停停昆明理工大学机电工程学院昆明650500

基于Box-Behnken Design(BBD)设计方法,开展DP780高强钢胶接点焊的试验研究。以接头的失效载荷、熔核直径为目标量,将焊接电流、焊接时间、电极压力以及各参数之间的交互作用作为影响目标量的因素,建立DP780高强钢胶接点焊接头多元非线... 详细信息

基于Box-Behnken Design(BBD)设计方法,开展DP780高强钢胶接点焊的试验研究。以接头的失效载荷、熔核直径为目标量,将焊接电流、焊接时间、电极压力以及各参数之间的交互作用作为影响目标量的因素,建立DP780高强钢胶接点焊接头多元非线性回归模型。试验验证表明,建立的多元非线性回归数学模型具备高的显著性且拟合程度高,可实现对接头失效载荷、熔核直径的有效预测;胶焊接头的失效载荷、熔核直径随焊接电流增大及焊接时间的延长而增大,随电极压力的减小而递增;基于回归模型获得最优工艺参数:焊接电流8.3 kA,焊接时间150 ms,电极压力0.3 MPa,对应参数下接头的失效载荷达到16369 N。借助超声C扫图像甄别出焊核外存在胶层烧灼气化区,当焊接时间较短时,焊接电流的增加会提供更多的热输入量,导致胶层烧灼气化面积增大,进而降低接头的静力学性能。

关键词：高强钢胶接点焊最优工艺参数回归模型

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双相钢激光胶接点焊及接头强度分析

激光与光电子学进展 2018年第3期55卷 359-364页

作者：冯煜阳曾凯何晓聪孙鑫宇韦涛昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

以1.5mm厚的DP590双相钢为母材,将焊接时间、焊接功率、离焦量作为变量,进行了激光胶接点焊正交试验。研究了接头内部形貌特征,分析了焊接参数对接头静力学性能的影响规律,并观察了接头拉剪断口形貌。结果表明,当焊接功率为1800 W、焊... 详细信息

以1.5mm厚的DP590双相钢为母材,将焊接时间、焊接功率、离焦量作为变量,进行了激光胶接点焊正交试验。研究了接头内部形貌特征,分析了焊接参数对接头静力学性能的影响规律,并观察了接头拉剪断口形貌。结果表明,当焊接功率为1800 W、焊接时间为1000ms、离焦量为-3mm时,胶接点焊接头的平均峰值载荷最大,为7529.30N;激光胶焊接头的超声C扫描图像可划分为焊核区、空腔区、热影响区和胶层区,且利用超声C扫图像能有效测量焊核直径;焊接功率对接头的拉剪性能影响最大,焊接时间次之,离焦量最小;不同焊接参数下的接头失效模式均为界面断裂,焊点的断口上分布着拉长韧窝。

关键词：激光技术激光胶焊超声C扫描图像正交试验双相钢断口形貌

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TA1纯钛点焊接头的疲劳性能分析

有色金属工程 2018年第4期8卷 7-12页

作者：冯煜阳曾凯何晓聪张龙韦涛昆明理工大学机电工程学院昆明650500

针对1.5 mm厚的TA1纯钛板电阻点焊接头,开展疲劳实验研究。利用超声波扫描显微镜对纯钛板点焊接头进行扫描,获得接头的C扫描图像;对接头进行拉剪实验,获得接头失效载荷;研究纯钛板点焊接头的疲劳性能,建立载荷-寿命曲线,对疲劳断口进行... 详细信息

针对1.5 mm厚的TA1纯钛板电阻点焊接头,开展疲劳实验研究。利用超声波扫描显微镜对纯钛板点焊接头进行扫描,获得接头的C扫描图像;对接头进行拉剪实验,获得接头失效载荷;研究纯钛板点焊接头的疲劳性能,建立载荷-寿命曲线,对疲劳断口进行电镜扫描,分析疲劳裂纹扩展形式。结果表明,随着焊接电流增大,超声C扫描图像所测得的焊核直径均值随之增大,且C扫描图像可表征飞溅等焊接缺陷。载荷水平为10%、13%、30%对应的疲劳寿命平均值分别为1 753 302、261 193、8 263次。接头主要的疲劳失效模式为母材"眉状"断裂失效,裂纹源位于两板内侧焊核与母材交界的热影响区,在疲劳裂纹的稳定扩展区存在明显的塑性疲劳条带。

关键词：电阻点焊 TA1纯钛 C扫描图像疲劳寿命断口分析

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铝合金板材不同连接工艺接头强度对比研究

兵器材料科学与工程 2018年第4期41卷 19-23页

作者：张杰何晓聪冯煜阳初明明昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

分别利用自冲铆接、电阻点焊、压印连接技术对AA5052铝板进行连接,通过剖面直观检测法分析接头的成形质量,利用电液伺服试验机对接头进行静力学试验,分析接头的失效形式、失效载荷以及能量吸收值。结果表明:5052电阻点焊接头的失效载荷... 详细信息

分别利用自冲铆接、电阻点焊、压印连接技术对AA5052铝板进行连接,通过剖面直观检测法分析接头的成形质量,利用电液伺服试验机对接头进行静力学试验,分析接头的失效形式、失效载荷以及能量吸收值。结果表明:5052电阻点焊接头的失效载荷最高,约为自冲铆接头的1.1倍、压印接头的2.5倍;自冲铆接头的能量吸收值最高,约为电阻点焊接头的1.5倍、压印接头的18.8倍。

关键词：自冲铆接压印连接电阻点焊 AA5052铝板失效形式强度分析

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胶接点焊接头断裂失效过程的仿真分析

兵器材料科学与工程 2020年第2期43卷 113-117页

作者：李伟平曾凯邢保英冯煜阳昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

建立点焊接头拉剪过程的GTN模型,以及胶焊接头拉剪过程的GTN/内聚力仿真模型,分析两种接头的断裂失效特性;开展胶接点焊工艺和单向拉伸试验。结果表明:点焊接头峰值载荷为14.34875 kN,胶接点焊接头峰值载荷为17.68935 kN,仿真与拉剪试... 详细信息

建立点焊接头拉剪过程的GTN模型,以及胶焊接头拉剪过程的GTN/内聚力仿真模型,分析两种接头的断裂失效特性;开展胶接点焊工艺和单向拉伸试验。结果表明:点焊接头峰值载荷为14.34875 kN,胶接点焊接头峰值载荷为17.68935 kN,仿真与拉剪试验的载荷-位移曲线吻合度较高,验证了仿真模型的可靠性;胶焊接头在拉伸初期胶层和焊点共同承载,随后搭接区边缘的胶层先断裂失效,胶层应力峰值向焊核中心扩展,待胶层完全失效后,外载荷仅由焊核承担;随着位移增大,焊核与基板交界应力集中处的孔洞汇聚成裂纹,并沿周向扩展,最终发生焊核拔出失效。

关键词：胶接点焊内聚力模型 GTN模型断裂特性

SPCC胶接点焊胶层气体的排出及超声C扫检测分析

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机械科学与技术 2018年第7期37卷 1115-1119页

作者：韦涛曾凯冯煜阳肖智杰吴万平昆明理工大学机电工程学院昆明650500

制备SPCC板材电阻点焊胶接接头,并开展拉伸-剪切试验;建立胶接点焊接头的EulerLagrange分析模型,提取胶层界面各个检测点压力时程曲线,分析焊接过程中胶层受热气化过程对熔池产生的冲击;同时,采用超声波水浸聚焦入射法对SPCC板材胶接点... 详细信息

制备SPCC板材电阻点焊胶接接头,并开展拉伸-剪切试验;建立胶接点焊接头的EulerLagrange分析模型,提取胶层界面各个检测点压力时程曲线,分析焊接过程中胶层受热气化过程对熔池产生的冲击;同时,采用超声波水浸聚焦入射法对SPCC板材胶接点焊接头进行超声C扫描成像检测,借助焊点区A扫信号和C扫图像分析接头焊核区的形貌特征。结果表明:胶接接头和点焊接头的抗拉强度均值分别为10 518.325 N和10 164.421 N,胶层的加入提高了点焊接头的强度;胶接点焊过程中胶层气化后的高压气体从上下板之间的空隙排出,并在焊核区周围留下气体排出后的空腔区;基于超声C扫图像特征,将胶接接头分为导电胶层区、胶层气化后的气体排出的空腔区以及熔核区,检测分析结果与仿真分析相吻合。

关键词： SPCC 胶接点焊拉伸-剪切试验 AUTUDYN 超声波C扫描

DP590双相钢激光胶接点焊接头的疲劳强度分析

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有色金属工程 2019年第7期9卷 15-20页

作者：翟停停曾凯孙鑫宇易金权冯煜阳昆明理工大学机电工程学院

为对比分析DP590双相钢激光胶接点焊接头和激光点焊接头的疲劳强度,针对 1.5 m m厚的 DP590钢板,以焊接功率、焊接时间、离焦量为变量,进行三因素三水平的激光点焊和激光胶接点焊正交实验,通过拉剪实验获得两种接头的失效载荷;应用方差... 详细信息

为对比分析DP590双相钢激光胶接点焊接头和激光点焊接头的疲劳强度,针对 1.5 m m厚的 DP590钢板,以焊接功率、焊接时间、离焦量为变量,进行三因素三水平的激光点焊和激光胶接点焊正交实验,通过拉剪实验获得两种接头的失效载荷;应用方差分析方法辨析焊接工艺参数对两种接头焊接质量的影响程度;开展疲劳实验,建立接头的载荷-寿命曲线,并对胶接点焊接头进行疲劳断口分析。结果表明,胶接点焊接头的拉剪失效载荷和疲劳强度均大于点焊接头;对胶接点焊接头和点焊接头的力学性能影响最大的工艺参数分别是焊接功率、焊接时间;胶接点焊接头的疲劳裂纹主要起源于热影响区,疲劳裂纹扩展区存在明显的疲劳条带,瞬断区出现典型韧窝形貌。

关键词：激光点焊激光胶接点焊拉剪实验疲劳实验断口分析

DP590激光胶接点焊正交试验及胶层气体排出的仿真分析

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有色金属工程 2018年第4期8卷 44-48页

作者：韦涛曾凯何晓聪孙鑫宇冯煜阳肖智杰昆明理工大学机电工程学院昆明650500

以1.5 mm厚DP590钢板为试验材料,以焊接功率、焊接时间、离焦量为变量,设计三因素三水平正交试验,分析不同焊接工艺参数对接头焊接质量的影响;建立激光胶接点焊接头的Euler分析模型,提取胶层界面各个检测点压力时程曲线,分析焊接过程中... 详细信息

以1.5 mm厚DP590钢板为试验材料,以焊接功率、焊接时间、离焦量为变量,设计三因素三水平正交试验,分析不同焊接工艺参数对接头焊接质量的影响;建立激光胶接点焊接头的Euler分析模型,提取胶层界面各个检测点压力时程曲线,分析焊接过程中空腔缺陷的形成机制;同时,采用超声波水浸聚焦入射法对DP590板材激光胶接点焊接头进行超声C扫描成像检测,借助焊点区A扫信号和C扫图像分析接头焊核区的形貌特征。结果表明,接头力学性能指标受焊接功率的影响最大,受焊接时间的影响次之,受离焦量的影响最小;仿真结果显示胶层气化后的高压气体从上、下板之间的空隙排出,还有一部分从熔池中冲出,并留下气体排出后的气化层区;结合A扫信号与C扫描图像分析,将胶接接头分为焊核区、热影响区、气化层区及胶层区,证实了激光胶接点焊过程中存在胶层气化后的气体排出现象的存在,超声检测分析与仿真结果相吻合。

关键词： DP590 激光胶接点焊正交试验 AUTUDYN 超声波C扫描