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高分子材料的电阻热铆焊工艺及机理研究
| 论文题名： | 高分子材料的电阻热铆焊工艺及机理研究 |
| 关键词： | 高分子材料;电阻热铆焊;数据采集;DEFORM软件;汽车工程 |
| 摘要： | 随着汽车行业的快速发展，人们对汽车发展提出了新的要求：节能、环保、安全性更高，解决方法之一就是降低汽车质量，因此高强钢、高分子材料、复合材料在整车制造中的占比越来越大。其中可靠的连接技术是各种材料广泛应用的前提条件。目前焊接、粘接和铆接技术是家电、飞机、汽车等制造行业应用最广泛的材料连接工艺，对于不同材料每种技术都有其优点。针对汽车行业出现的新材料的应用趋势，本课题研究一种新的同种或异种材料连接方法——电阻热铆焊。 电阻热铆焊是利用电阻焊机对半空心铆钉进行加压加热，在被连接接头两侧形成铆头，同时接头处形成一定尺寸的熔合区。其兼具机械铆接、电阻焊、胶结的特点，使接头具备以下性能：植入的金属铆钉使接头具有机械连接的高强度，操作过程简单，适用范围广；焊接过程中铆钉被加热将周围塑料熔化，在电极压力作用下塑料被粘接在一起，从而提高接头强度和抗疲劳性能；与冷铆焊相比，金属铆钉被加热软化，使用较小压力即可达到相同效果，接头成型经济、简单、快捷、可靠，能形成静态强度接近于母材的接头。 本研究利用电阻热铆焊和半空心铝铆钉连接 ABS/ABS、ABS/Q235。试验不同工艺参数，并对其进行优化，寻找最佳工艺窗口。设计基于Labview的数据采集系统，采集焊接过程不同阶段的电信号，分析各阶段温度、动态电阻、铆钉变形量的变化，根据测得数据曲线，可将焊接过程分为冷铆变形、热铆成型和稳定变形三个阶段。将理论值与实测值进行对比分析、计算，结果显示通电加热过程不仅有利于提高金属的塑性、增加铆钉变形量，还可将塑料熔化，使ABS/ABS、ABS/Q235接触界面产生胶结作用；对比焊接时间和焊接电流对接头强度的影响，通过接头强度看出焊接电流对接头性能影响更明显，最佳的焊接电流为1.5kA，分析不同工艺参数下接头的拉伸载荷和断裂曲线，强度最高的接头断裂形式为粘接熔合区呈片状撕裂，之后铆钉发生塑性变形、颈缩、断裂；通过光电子能谱（XPS）和红外光谱分析得出，焊接过程中ABS受电场、高温作用，发生降解，化学键断裂，经化学反应生成C=O、C－O键，在原子接触层面形成配位键，增强界面结合力，显著提高接头强度；利用 DEFORM有限元模拟软件，对焊接过程中的温度场、应力场、铆钉变形以及ABS/ABS、ABS/Q235接头的断裂失效形式进行模拟分析，模拟结果与实际焊接效果基本一致。 经以上实验结果论证、分析表明：电阻热铆焊是连接同种热塑性塑料、塑料和金属异种材料的可靠连接方法。 |
| 作者： | 白生天 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 张昌青;程真喜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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