影響，并與傳統氣動鉚接試驗對比分析，以此討論和 評價大直徑鋁合金鉚釕的電磁鉚接工藝可行性，為該 工藝技術在航空航天產品的應用提供支持。

 

2電磁鉚接試驗研究

 

2.1試驗條件

 

試驗設備固定電容量0.132F，放電電壓100‰380V范圍可調。試驗材料08mm 2A10鋁合金鉚釘， 其準靜態和高應變速率下應力-應變曲線如圖1所示。

由圖可知，該材料有一定的應變速率敏感性。考慮到 電磁鉚接工藝柔性髙的特點，加載速率可調，因此在 應變速率敏感材料鉚釘鉚接上有優勢。被連接材料分 別為4.0mm厚碳纖維復合材料和3.0mm厚鋁合金板、 2.0mm厚玻璃鋼復合材料和3.0mm厚鋁合金板。 08mm鋁合金鉚釘變形預實驗結果表明，隨著放電電 壓增加，鉚釘釘頭變形量增加，釘桿直徑變大，當放 電電壓為380V時，釘頭直徑為少11.3mm,滿足鉚接 通用技術條件，因此少8mm 2A10鉚釘電磁鉚接參數 如表1所示。在電磁鉚接試驗中，鉚釘頂桿伸長量為 9.5mm,鉚釘全長根據被鉚接材料的厚度而變化。

 

數。孔端口處的復合材料由于受到鉚釘釘桿過大的擠 壓，造成明顯的分層，影響鉚接質量。合適釘孔直徑 才能使復合材料表面達到較好的鉚接質量，且形成比 較理想的干涉配合f21。如孔徑過大，鉚釘相當于自由 繳粗，無法形成干涉配合，降低連接件抗疲勞壽命。 如孔徑過小，復合材料表面極易被鉚釘膨脹變形所損 傷，影響鉚接質量，而且不易于裝配。對于干涉配合 鉚接，各層干涉量一般應控制在6%7%左右[3)。

 

根據鉚接通用技術條件要求，對于不同直徑鉚 釘，鉚釘釘孔尺寸范圍不同，08mm鋁合金鉚釘釘孔 范圍為抓18.4mm，據此本研究所選取的制孔參數 為少8.1mm、08.2mm、刺.3mm和例.4mm,每種制 孔規格做5組試片。將已鉚接試片沿軸向剖開，沿桿 徑軸向位置取3個測量位置（分別位于兩種被鉚接材 料中厚度和界面位置），測量已變形桿徑，計算干涉 量。另對被鉚接件沿釘桿中心線進行銑平、鑲嵌，以 進行后續金相觀察。

 

測得的變形釘桿直徑數據如圖2所示，圖中位置 1表示鋁合金板中厚度處，位置2表示兩種被鉚接材 料界面處，位置3表示復合材料板中厚度處。由圖可 知，同一預制孔徑條件下鉚接釘桿直徑沿軸向分布較 均勻，位置13處最大直徑差為0.1mm;另外，在 相同放電電壓下，四種間隙下鉚釘變形量基本相同。 由實驗結果可知，由于釘孔間隙

 

探傷試驗采用超聲c掃描檢測系統，取復合材料 鉚接破裂試片進行探傷分析，云圖如圖3所示，與將 要分析的試片形成參照對比。從圖中可以看出，探傷 云圖中紅色為反射波較強位置，藍色為反射波較弱位 置，白色為未接收到反射波位置。在云圖中中間孔徑 位置處便可以看到細小的白色“閃電型”裂紋。對最 佳制孔參數鉚接試片進行探傷分析,照片如圖4所示。

 

通過超聲波探傷可以看出，玻璃鋼材料質地相對 碳纖維質地均勻，不過材料本身存在明顯缺陷，導致 材料本體探傷云圖顏色不一致，但從釘孔位置可以明 顯看出，電磁鉚接后復合材料沒有受到破壞，沒有出 現“閃電型”裂紋，證明將最佳設備與工藝參數應用 于鉚接件，在保證干涉量的同時鉚接效果良好。

 

4氣動鉚接與電磁鉚接性能測試對比分析

 

生產中常用的鉚接方式為低壓氣動鉚接，但鉚接 能力不足，無法滿足大直徑高強度的鉚釘成形，同時， 氣動噪聲污染嚴重，多次錘擊導致加工硬化，鉚接質 量難以滿足要求。因此對前述參數條件下的被鉚接件 進行剪切試驗、拉脫試驗及軸向剖切金相分析，由此 對比電磁鉚接與氣動鉚接的鉚接效果，分析和評價大 直徑鋁合金鉚釘電磁鉚接工藝的優勢及應用可行性。 4.1剪切試驗

 

對鋁-鋁連接試片進行電磁鉚接和氣動鉚接，將 試片兩側接頭打磨平整，在萬能試驗機上進行剪切試 驗，測試電磁鉚接和氣動鉚接試片的抗剪強度。

 

 

拉脫試驗可以從另一方面評價電磁鉚接和氣動 鉚接效果。對08mm鋁合金鉚釘鉚接試片進行拉脫試 驗，試片及其與試驗工裝照片如圖6所示。采用萬能 試驗機進行拉脫試驗，測量并比較兩種鉚接試片最大 載荷。

圖6鉚釘拉脫試樣及工裝

在拉脫試驗過程中，發現氣動鉚接試樣的拉斷位 置出現在釘頭處，而不是鉚釘桿部，即釘頭被拉碎脫 離，出現此情況原因是釘頭內部出現裂紋，造成強度 急劇降低所致；而電磁鉚接試樣的拉斷位置為釘桿 處。氣動鉚接試樣與電磁鉚接試樣拉脫試驗最大載荷 分別為16.4kN和21.1kN,即電磁鉚接試樣最大載荷 比氣動鉚接試樣髙很多，說明在抗拉脫載荷方面大直 徑鉚釘電磁鉚接接頭優于氣動鉚接。

 

4.3軸向剖切金相分析

 

剪切試驗和拉脫試樣是從宏觀方面來對比兩種 鉚接方式，金相試驗則可以從微觀組織角度分析兩種 鉚接方式對于鋁合金板與復合材料的鉚接情況，通過 觀察釘桿不同位置連接情況來選取適合的鉚接方式。 鋁合金與碳纖維復合材料鉚接試樣不同位置觀察示 意如圖7所示。通過光學金相對圖中的位置①、②、 ③處的微觀連接情況進行觀察。

 

首先將鉚接試樣沿釘桿中心線剖開鑲嵌，經過水 砂紙和金相砂紙打磨后拋光，采用keller試劑腐蝕。 腐蝕后立刻進行金相顯微鏡觀察。

 

由08mm鋁合金沉頭、圓頭鉚釘電磁鉚接和氣動 鉚接微觀形貌對比可知，沉頭鉚釘連接效果不如半圓 頭鉚釘效果好。原因是圓頭釘頭可以與頂鐵直接接 觸，受力面較大且受力均勻，而沉頭釘頭與被連接件 處于同一水平面，在鉚接過程中稍有震動，即有可能 使釘桿受力分散。同時氣動鉚接試樣中鉚釘與鋁合金 板連接的緊密程度明顯不如電磁鉚接試樣。在電磁鉚 接試樣鉚釘與復合材料連接處，鉚釘釘桿變形均勻， 與復合材料緊密結合，能實現復合材料的無損傷、髙 性能鉚接。

 

5結束語

 

通過對

-文，2008 , 6： 108~109 3葛建峰.電磁鎊接工藝研究.西北工業大學碩士學位論文,2005,3:24~ 25

圖7碳纖維復合材料-鋁合金鉚接件 不同位置金相觀察示意圖

對4組試件最大載荷、抗剪強度做平均處理，所 得到數據如表3所示。從表中可以看出，電磁鉚接的 最大載荷和抗剪強度均略優于氣動鉚接。

 

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