DP780高强钢胶接点焊接头的断裂失效特征及损伤分析

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胶接点焊技术是一种将胶接和点焊相结合的新型复合连接技术,胶接点焊接头的质量和强度备受关注,但是胶接点焊接头的断裂失效特征及损伤分析研究很少。因此,针对1.2 mm厚DP780高强钢,开展胶接点焊的试验研究,借助仿真模型和试验,辨析接头的断裂失效特征;基于声发射累积特征参数建立接头在拉伸过程的损伤模型,主要开展的研究工作和得到的结论如下:以接头的失效载荷、熔核直径、能量吸收值为目标量,焊接工艺参数为自变量,建立多元非线性回归模型并进行试验验证,结果表明: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、熔核直径和能量吸收值的有效预测;基于回归模型和试验获得最优工艺参数:焊接电流8 k A,焊接时间150 ms,电极压力0.3 MPa,借助材料试验机测得此参数下胶焊试件的失效载荷为18163 N。建立胶接点焊拉伸过程的仿真模型,分析接头从弹性阶段到断裂阶段的失效特征,结果表明:胶接点焊接头在断裂失效之前,焊点和胶层共同承载,载荷达到峰值时胶层与基板边缘变形明显,焊点与胶层有明显的应力集中,随着位移的持续增加,搭接区边缘的胶层首先断裂失效,并且胶层由边缘向中心逐渐失效,胶层完全失效后,焊核开始单独承载并在焊点周围与母材边缘裂纹开始萌生,裂纹沿着焊核边缘扩展,最终发生焊核拔出失效,并且试验采集的图像与仿真结果相符。借助材料试验机、声发射采集系统对试件的拉伸过程进行信号的采集,辨析胶焊接头损伤过程的信号特征和能量谱,结果表明:三种接头在弹性阶段信号较少且幅值低,屈服和强化阶段的信号频繁且幅值大,在断裂阶段的信号幅值最大。点焊与胶接点焊接头在焊核从基板拔出阶段的能量谱相似,并且从能量谱能够区分胶层的断裂特征和焊点的断裂特征:胶接接头的胶层断裂主要集中在低频段,点焊接头的焊点断裂主要集中在中低频,胶接点焊接头由于焊点和胶层共同承载,在胶层断裂时集中在低频的带宽比胶接接头更多。分析声发射累积特征参数的回归模型可知,声发射累积特征参数的大小能够表征胶接点焊接头的质量。基于声发射累积特征参数建立胶接点焊接头拉伸过程的损伤模型并对建立的损伤模型进行试验验证,结果表明:损伤模型计算的损伤因子与试验计算的结果误差均在10%以内,累积振铃计数和累积能量建立的损伤模型能够很好的表征材料的损伤程度。
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