自冲铆接、无铆钉铆接与电阻点焊强度对比试验研究 （二）

试验结果分析

接头效果分析

依照上述方法和参数分别用自冲铆接、无铆钉铆接和电阻点焊３种连接工艺对 Ｑ１９５钢板和 ５Ａ０５－Ｏ铝板进行试验，试件接头形态如图７和图８所示。

（ａ）自冲铆接 （ｂ）无铆钉铆接 （ｃ）电阻点焊

图７ 钢板连接接头效果图（上图为正面，下图为反面）

对各个接头的外观进行观察可发现，钢板和铝板的自冲铆接接头表面正面由于有铆钉刺入板料缘故留有轻微铆接痕迹；

无铆钉铆接接头表面正面因为模具的挤压导致表面凹下一个小坑，不够平整，反面也有突起；而电阻点焊接头表面没有突出、比较美观，比自冲铆接和无铆钉铆接的接头表面平整很多，只留有一个模糊的焊接痕迹。

对３种试验过程的比较可知：电阻点焊技术连接的试件表面平整，比较美观，但是在焊接铝合金板料前需要对板料表面进行处理，工作量比较大；

而自冲铆接和无铆钉铆接由于是冷连接技术，在试验前不需要处理板料，试验所需时间较短，工作量较小，但是试件表面有凹凸，不够平整，不太美观。

（ａ）自冲铆接 （ｂ）无铆钉铆接 （ｃ）电阻点焊

拉伸试验接头静强度分析

拉伸试验是静强度分析中最基本的试验，也是研究板 料 连 接 接 头 质 量 最 重要的试验项目之一。

本文采用日本岛津 ＡＧ－２５０ＫＮ２ＳＭＤ 精密万能试验机对所有试验件进行拉伸测试，试验速度为１ｍｍ／ｍｉｎ。试 验 所 得 数 据 如 表２所示。试验得到的拉伸曲线如图９和图１０所示。

表２ 拉伸试验数据

图９ 钢板接头拉伸曲线

图１０ 铝板接头拉伸曲线

图９所示是采用1.0ｍｍ＋1.0ｍｍ 的 Ｑ１９５钢板连接的３种连接工艺接头的拉伸试验曲线。

图中，电阻点焊接头能承受的最大载荷为5445Ｎ，自冲铆接为3432Ｎ，无铆钉铆接为2327Ｎ，可以明显看出电阻点焊接头的抗拉剪性能好于自冲铆接和无铆钉铆接接头的抗拉剪性能。

试验的初始阶段，曲线中承载载荷与加载行程近似呈比例关系，图中自冲铆接曲线的斜率小于无铆和电阻点焊的斜率。

原因是：钢板的电阻点焊性能好、刚性好所以刚度大；半空心铆钉由于产生塑性变形，连接处包括上下面板料和铆钉等，因而刚度比其他二种连接方式小。

另外，自冲铆接和无铆钉铆接接头的拉伸曲线变化较陡，载荷消失较快，无铆钉铆接失效行程只有2.8ｍｍ 左右，自冲铆接失效行程较大，为6.6ｍｍ 左右。

而电阻点焊在达到最大载荷后，载荷先迅速减小，但总的行程达到9.5ｍｍ左右，可以很明显看出，对于钢板的连接，自冲铆接和无铆钉铆接接头失效比电阻点焊失效快。

这说明靠高温使得钢板达到近似原子间的结合的电阻点焊技术对于低碳钢的连接效果是比较理想的，其最大载荷接近于板料的屈服极限，拉伸时焊点没有破坏，而是板料达到屈服极限后产生破裂。

图１０所示为连接５Ａ０５－Ｏ 铝板的３种接头的拉伸试验曲线。图中电阻点焊接头承受的最大载荷约为1488Ｎ，自冲铆接为1733Ｎ，无铆钉铆接为７３９Ｎ。

首先可以明显看出铝板的自冲铆接接头抗拉强度要大于其余二者，其次，图中三条曲线变化趋势相似，即在试验初始，曲线斜率近似相同，载荷与行徎近似呈比例关系。

自冲铆接接头的拉伸曲线在１ｍｍ 到4.5ｍｍ行程区间载荷持续保持在最大载荷附近，当行程大于4.5ｍｍ后，载荷开始下降，此时连接开始失效。

可以看出自冲铆接试件保持较大载荷的效果比较好，而电阻点焊和无铆曲线载荷达到最大值后立刻开始下降，几乎没有保持的过程。

由此可看出，对于铝板与铝板的连接，自冲铆接连接效果要好于传统电阻点焊和无铆钉铆接。

对图９和图１０的曲线对比分析又可发现：电 阻点焊的钢板接头承载的最大载荷近似于铝板接头的3.65倍。

铝板电阻点焊接头的拉伸曲线没有出现钢板接头的波动屈服，曲线变化比钢板曲线陡，同时达到最大载荷所需行程也缩小了近１／２，整个失效过程总行程缩小了，可见电阻点焊焊接铝板的质量下降，效果不好；

自冲铆接的钢板接头最大载荷近似铝板接头最大载荷的1.98倍，同样钢板接头达到最大载荷所需行程约为铝板接头的２倍，但是两条曲线形状变化不大，失效所需总行程也几乎相同，这说明自冲铆接对于不同金属的连接性能变化较小，比较稳定；

无铆钉铆接钢板接头承受最大载荷是铝板接头最大载荷的3.15倍，钢板接头失效总行程约为铝板接头的2.8倍，可看出，无铆钉铆接连接铝板的效果也不理想。

自冲铆接和无铆钉铆接都属于机械连接、冷连接，整个过程没有热量交换，其连接质量完全取决于机械自锁强度大小和被铆接材料性能，钢板比铝板硬度高，且钢板材料和自冲铆钉材料性能接近，所以同种连接方式中钢板连接强度比铝板高，并且拉伸失效行程长。

综上可知：

· 对于钢板与钢板的连接，电阻点焊接头的连接性能要好于属于机械连接的自冲铆接和无铆钉铆接；

· 钢板与钢板之间的连接强度是铝板与铝板之间的同种连接的２到４倍；

· 电阻点焊和无铆钉铆接对于铝板连接的连接效果不太理想，连接质量下降较大，自冲铆接的连接质量变化最小，性能比较稳定，拉伸失效行程比电阻点焊和无铆钉铆接都大，连接铝板有比较理想的效果。

接头失效形态分析

图11、图12分别是３种连接工艺试件的钢板接头拉伸失效图和铝板接头失效图。

图11ａ中自冲铆接接头的铆钉头部保留在上板料中，尾部从下板料分离，产生了剥离失效；

图11ｂ中无铆钉铆接接头连接处板料被剪断，上板料断出一个孔，剪断的板料留在下板料中，发生了剪断失效；

图11ｃ中电阻点焊接头失效形式最为特殊，钢板被撕开一个缺口，这是因为 Ｑ１９５钢板属于低碳钢，具有良好的焊接性，电阻点焊产生高温使板料之间实现了近似原子间的结合。

所以焊接点具有很高的静强度，此强度近似为材料的屈服强度，拉伸时焊点并未破坏，而是焊点附近的板料被撕裂，导致板料严重破坏，再次说明对于低碳钢的连接传统电阻点焊工艺具有很明显的技术优势。

可看出，对于钢板连接，自冲铆接和无铆钉铆接接头失效比电阻点焊接头快，承受载荷能力不如电阻点焊。

（ａ）自冲铆接 （ｂ）无铆钉铆接 （ｃ）电阻点焊

图11钢板接头失效图（上为正面，下为反面）

（ａ）自冲铆接 （ｂ）无铆钉铆接 （ｃ）电阻点焊

图1２ 铝板接头拉伸失效图 （上为正面，下为反面）

自冲铆接和无铆钉铆接的铝板接头失效形式与钢板类似，图12ａ、图12ｂ发生了剥离失效和剪断失效。

图12ｃ是铝板电阻点焊接头的失效 图，观察发现：试件上下板料均没有被破坏，只有焊点处有一点突起，没有达到类似钢板的原子重新结合的效果，连接形式发生变化，接头质量严重下降，载荷消失变快。

从失效形式上可看出，对于不同材料的连接，自冲铆接和无铆钉铆接失效形式变化不大，而电阻点焊失效形式发生了很大变化，导致其接头质量严重下降，性能变差。

可见，连接质量与连接形式和失效形式有很大的关系，而且同种连接形式连接不同材料时失效形式可能发生很大变化从而直接影响连接质量的好坏，因此，在生产中要根据材料的特性等方面选择合适的连接方式以避免连接质量的降低。

结 论

· 对于钢板与钢板的连接，电阻点焊接头抗剪性能优于自冲铆接和无铆钉铆接接头，连接形态亦比自冲铆接和无铆钉铆接美观；对于铝板与铝板连接，自冲铆接接头的抗拉剪性能比无铆钉铆接以及传统的电阻点焊接头强，但是接头形态不如电阻点焊接头形态美观。

· 钢板与钢板之间的连接强度是铝板与铝板之间的连接强度的２到４倍。

· 同一种连接形式的连接质量与连接材料有很大关系，对于不同材料应该采取适当的连接形式，如低碳钢连接适合采用电阻点焊工艺，铝合金等非低碳钢连接适合采用自冲铆接工艺等。

来源：铆接交流社区