CN111633132A - 一种激光冲击胶铆连接装置及方法 - Google Patents

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CN111633132A CN202010601936.5A CN202010601936A CN111633132A CN 111633132 A CN111633132 A CN 111633132A CN 202010601936 A CN202010601936 A CN 202010601936A CN 111633132 A CN111633132 A CN 111633132A
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庄蔚敏
陈沈
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Abstract

本发明公开了一种激光冲击胶铆连接装置,包括:压边圈,其同轴开设有依次连通的第一通孔、第二通孔和第三通孔;激光发生器,其可移动的设置在第一通孔和第二通孔中;第一连杆,其通过螺纹连接在第三通孔中,第一连杆的一端与激光发生器固定连接;激光吸收层板,其可移动的安装在第一通孔中;激光约束层板,其可移动的安装在第一通孔中,并且叠放在激光吸收层板上,与激光发生器间隔设置;第一斜孔,其开设在压边圈的侧壁上;红外线测温仪,其设置在第一斜孔中;第二斜孔,其与第一斜孔间隔设置;红外线加热器,其设置在第二斜孔中;底座,其与压边圈同轴设置,底座的中心处具有凹模型腔;冷却水腔,其设置在底座中,冷却水腔环绕凹模型腔设置。

Description

一种激光冲击胶铆连接装置及方法
技术领域
本发明属于异种材料胶铆连接技术领域,特别涉及一种激光冲击胶铆连接装置及方法。
背景技术
随着工业的不断发展革新,汽车的轻量化和小型化是必然的发展趋势,铝镁等材料在车身上得到了广泛的应用。使用新型轻质材料固然是一方面,更先进的材料连接技术,也是影响轻量化的重要因素之一。自冲铆、无铆钉铆接技术、粘接技术以及搅拌摩擦焊等先进材料链接技术,在近年来得到了广泛的应用。
然而,常用的粘接方法对中性较差,粘接剂存在脆性易产生裂纹的问题;铆接接头由于板材发生了大变形,存在残余应力,容易在后续的使用种出现疲劳损伤和应力集中;搅拌摩擦焊由于其作用耗能较大,且搭接部分要求面积较大,不适用于小型接头的形成。因此,为了在实现轻量化的同时进一步提高接头的性能,需要对现有的板材连接设备提出创新。
胶铆连接技术,是在无铆钉铆接技术的基础上,结合粘接技术所实现的。胶铆连接这一新工艺可以改善接头质量,在加热状态下铆接,可以加快胶粘剂固化,利于接头成形。这样的胶铆接头,既结合了铆接的高强度特性,也保持了粘接剂的吸能特性。激光冲击铆接的新技术,是利用激光冲击瞬时产生的极高能量,诱发爆炸产生等离子体作用于材料,使材料发生相应的变形。激光作用的时间极短,产生的爆炸粒子体可以充当无铆钉铆接的凸模。将上述连接技术相结合,可以作为异种金属材料连接的新方式。
发明内容
本发明设计开发了一种激光冲击胶铆连接装置,其将胶铆技术与激光铆接技术相结合,并且能够在在铆接过程实现二次加热和固化,去释放残余应力,提高铆接质量。
本发明设计开发了一种激光冲击胶铆连接方法,其目的是通过合理的控制铆接过程,进一步提高铆接接头的质量。
本发明提供的技术方案为:
一种激光冲击胶铆连接装置,包括:
压边圈,其同轴开设有依次连通的第一通孔、第二通孔和第三通孔;
其中,所述第一通孔、所述第二通孔及所述第三通孔的孔径依次减小,所述第三通孔为螺纹孔;
激光发生器,其可移动的设置在所述第一通孔和所述第二通孔中;
第一连杆,其通过螺纹连接在所述第三通孔中,并且所述第一连杆的一端与所述激光发生器固定连接;
激光吸收层板,其可移动的安装在所述第一通孔中;
激光约束层板,其可移动的安装在所述第一通孔中,并且叠放在所述激光吸收层板上,与所述激光发生器间隔设置;
第一斜孔,其开设在所述压边圈的侧壁上,所述第一斜孔的一端与所述第一通孔连通,并且所述第一斜孔的轴线与所述压边圈的轴线之间具有夹角;
红外线测温仪,其设置在所述第一斜孔中;
第二斜孔,其开设在所述压边圈的侧壁上,并且与所述第一斜孔间隔设置;所述第二斜孔的一端与所述第一通孔连通,并且所述第二斜孔的轴线与所述压边圈的轴线之间具有夹角;
红外线加热器,其设置在所述第二斜孔中;
底座,其与所述压边圈同轴设置,所述底座的中心处具有凹模型腔;
冷却水腔,其设置在所述底座中,所述冷却水腔环绕所述凹模型腔设置;
其中,所述激光吸收层板和所述激光约束层板能够在升降机构的作用下同时上升或下降,遮挡或释放所述第一斜孔及所述第二斜孔;
当待铆接的板材放置在所述底座与所述压边圈之间,并且所述激光吸收层板和所述激光约束层板上升至上止点时,所述红外线测温仪发出的射线与所述红外线加热器发出的射线相交于所述凹模型腔的中心处。
优选的是,所述的激光冲击胶铆连接装置,还包括:
多个第四通孔,其沿所述压边圈的轴向开设,所述第四通孔分别开设在所述第二通孔的外围,并且所述第四通孔的一端与所述第一通孔连通;
多个第二连杆,其与所述第四通孔一一对应设置;所述第二连杆的一端穿过所述第四通孔,并且依次与所述激光约束层板和所述激光吸收层板固定连接;另一端连接所述升降机构。
优选的是,所述冷却水腔为圆环形腔,并且与所述凹模型腔同轴设置。
优选的是,所述的激光冲击胶铆连接装置,还包括:
进水通道,其开设在所述底座的侧壁上,所述进水通道的一端与进水管连通,另一端与所述冷却水腔连通;以及
出水通道,其开设在所述底座的侧壁上,所述出水通道的一端与所述冷却水腔连通,另一端与出水管连通。
优选的是,所述的激光冲击胶铆连接装置,还包括:
多个凹槽,其分别沿所述底座的轴向开设,并且围绕所述冷却水腔布置;以及
多个弹簧,其一一对应设置在所述凹槽中,用于在铆接结束时推动铆接板材离开所述底座。
优选的是,所述第一连杆上设置有限位部;所述限位部位于所述压边圈的外侧。
优选的是,在所述凹模型腔的底部嵌入式设置有温度传感器。
一种激光冲击胶铆连接方法,使用所述的激光冲击胶铆连接装置,包括如下步骤:
步骤一、将待铆接的铝板和钢板进行粘接,将粘接后的板件放置在底座和压边圈之间;
其中,所述板材中的铝板层靠近所述压边圈设置;
步骤二、压边圈下降压紧所述板材;激光吸收层板和激光约束层板下降并压紧所述板材,第一斜孔和第二斜孔被遮挡;通过旋转第一连杆调整激光发生器与所述激光约束层板之间的距离至适正距离;
步骤三、激光发生器发射激光,激光吸收层板产生高温等离子体爆炸,激光约束层板进行爆炸控制,推动所述板材向凹模型腔移动,接头成型;
步骤四、冷却水系统启动,冷水进入冷却水腔使所述接头迅速降温;激光发生器上移后,激光吸收层板和激光约束层板上移,释放所述第一斜孔和所述第二斜孔;红外线加热器将铆接后的板材加热,同时,红外线测温仪检测接头上部温度,直到达到预设温度;
步骤五、测量接头底部温度,并将所述接头底部温度与所述红外线测温仪检测的接头上部温度进行对比后,再次启动冷却水系统,将接头进行冷却固化;
步骤六、压边圈上行,板材离开底座,接头脱离所述凹模型腔。
优选的是,在所述步骤二中,所述适正距离为:
Figure BDA0002559277540000041
其中,H0为基准距离;h1为钢板的厚度,h1-0为基准钢板厚度;h2为铝板厚度,h2-0为基准铝板厚度;D为凹模型腔的内径,D0为基准凹模型腔内径;d为激光的光斑直径,dmax为激光的最大光斑直径,dmin为激光的最小光斑直径。
优选的是,在所述步骤五中,当所述接头底部温度与所述红外线测温仪检测的接头上部温度的差值T=100℃,启动所述冷却水系统。
本发明的有益效果是:
1、本发明提供的激光冲击胶铆连接装置,其将胶铆技术与激光铆接技术相结合,并且能够在在铆接过程实现二次加热和固化,去释放残余应力,提高铆接质量。
2、本发明提供的激光冲击胶铆连接装置,是不需要螺栓和铆钉的,在紧固连接的同时减轻了接头质量,缩小了接头尺寸。
3、本发明提供的激光冲击胶铆连接装置,动力源为激光产生的爆炸,爆炸的等离子体充当铆接的凸模,不需要再额外制造凸模,节省了凸凹模配合方式等数据的计算和制造的经费。
4、本发明提供的激光冲击胶铆连接方法,对接头二次加热的过程中,加热凹模内侧的铝板,促使胶层更好地流动,释放胶层大变形过程中的残余应力,并使粘接剂能够填补铝板和钢板之间由于爆炸产生的不均匀间隙。
附图说明
图1为本发明所述的激光冲击胶铆连接装置的整体剖视图。
图2为本发明所述的底座的俯视图。
图3为本发明所述的压边圈的仰视图。
图4为本发明所述的激光冲击胶铆连接方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-3所示,本发明提供了一种激光冲击胶铆连接装置,其主要包括:激光发生器110,第一连杆120,激光吸收层板130,激光约束层板140;压边圈210,红外线测温仪220,红外线加热器230;底座310,多个弹簧320,温度传感器330。
压边圈210外形为圆柱状,压边圈210内从下到上同轴开设有依次连通的第一通孔211、第二通孔212和第三通孔213;其中,第一通孔211、第二通孔212及第三通孔213的孔径依次减小;并且第一通孔211和第二通孔212为圆柱形孔,第三通孔213为螺纹孔。
激光发生器110可移动的设置在第一通孔211和第二通孔212中;激光发生器110与第一连杆120同轴固定连接。在本实施例中,第一连杆120的下端与激光发生器110通过螺纹连接的方式固定连接,第一连杆120的上端穿过第三通孔213延伸至压边圈210的上方。同时,第一连杆120通过螺纹连接在第三通孔213中,通过旋转第一连杆120,能够对激光发生器110的位置进行上下调整。
激光吸收层板130和激光约束层板140可移动的安装在所述第一通孔211中,并且激光约束层板140叠放在激光吸收层板130上侧;其中,激光吸收层板130和激光约束层板140分别与第一通孔211的侧壁间隙配合;并且激光约束层板140与激光发生器110之间具有间隔。
在压边圈210的侧壁上开设有第一斜孔214,第一斜孔214的轴线与压边圈210的轴线之间具有夹角,并且第一斜孔214的下端与第一通孔211的侧壁连通。红外线测温仪220设置在第一斜孔214中。
在压边圈210的侧壁上还开设有第二斜孔215,第二斜孔215第一斜孔214间隔设置;第二斜孔215的轴线与压边圈210的轴线之间具有夹角,并且第二斜孔215的下端与第一通孔211的侧壁连通;红外线加热器230设置在第二斜孔215中。
底座310设置在压边圈210的下方,并且与压边圈210同轴设置;底座310的中心处同轴设置有凹模型腔311。在底座310中还开设有冷却水腔312,冷却水腔312环绕凹模型腔311设置。
其中,激光吸收层板130和激光约束层板140能够在外部升降机构的作用下同时上升或下降;当激光吸收层板130下降到与压边圈210的下端面齐平时,激光吸收层板130和激光约束层板140能够同时遮挡住第一斜孔214及第二斜孔215,使红外线加热器230和红外线测温仪220发出的射线无法照射到底座310处;当激光约束层板140上升至抵靠在第一通孔211的上端面时,第一斜孔214及第二斜孔215同时被释放,即释放红外线测温仪220发出的射线与红外线加热器230发出的射线。当待铆接的板材放置在底座310与压边圈310之间时,红外线测温仪220发出的射线与红外线加热器230发出的射线相交于凹模型腔311的中心处。
在本实施例中,第一斜孔214及第二斜孔215对称设置在第一通孔的两侧,放置待铆接的板件后,第一斜孔214的第二斜孔的轴线(延长线)相交于凹模型腔311内,以便于红外线测温仪220的红外线加热器230的安装与位置调整。
如图2所示,冷却水腔312为圆环形腔,并且与凹模型腔311同轴设置,以保证接头冷却均匀。在冷却水腔312的两侧分别设置有进水通道312a和出水通道312b;进水通道312a的一端开设在底座310的侧壁上,与进水管(图中未示出)连通,另一端与冷却水腔312连通;出水通道312b开设在的一端开设底座310的侧壁上,与出水管(图中未示出)连通,另一端与冷却水腔312连通。
多个凹槽313分别沿底座310的轴向开设,并且多个凹槽313围绕冷却水腔312布置;多个弹簧320分别与凹槽313一一对应设置,弹簧320安装在凹槽312中,用于在铆接结束时推动铆接板材离开底座310。
在本实施例中,凹槽313为两个,并且对称设置在冷却水腔312的两侧,两个凹槽313与进水通道312a和出水通道312b分别间隔设置。
在本实施例中,还包括多个第四通孔216,其分别沿压边圈210的轴向开设,并且多个第四通孔216分别开设第二通孔212的外围,第四通孔216下端与第一通孔211的上端连通;以及多个第二连杆150,其与第四通孔216一一对应设置;第二连杆150的下端穿过第四通孔216,并且依次与激光约束层板140和激光吸收层板130固定连接;另一端连接所述升降机构,所述升降机构通过第二连杆150带动激光约束层板140和激光吸收层板130同时上升和下降。作为优选,第二连杆150设置为两个,分别对称设置在第二通孔212的两侧。
作为进一步的优选,在第一连杆120的上部设置有限位部121;限位部121位于压边圈210的上侧,当限位部121抵靠在压边圈210上端时,第一连杆120无法继续下行;限位部121用于限定激光发生器110下行的最低位置;以保证胶铆连接装置安全运行。
在本实施例中,在底座310中,凹模型腔311的底部下侧开设有凹槽,在所述凹槽中嵌入式设置有温度传感器330,用于测量铆接接头底部的温度。其中,温度传感器330采用热电偶温度传感器,传感器非常薄;温度传感器330传感器上表面和凹模型腔311底部齐平,对接头不会产生影响。
如图1和4所示,本发明还提供了一种激光冲击胶铆连接方法,以铝板和钢板胶铆连接为例,包括如下步骤:
步骤一、将待铆接的铝板410和钢板420通过胶层430粘接在一起,将粘接后的板件放置在底座310和压边圈210之间。由于钢板的延展性更好,在铆接时,板材中的铝板410在上(靠近压边圈210),钢板420在下放置在底座310上;并且将板材上需要铆接的区域对准凹模型腔311的中心位置。
步骤二、控制压边圈210下降压紧所述板材;根据铝板410和钢板420通和胶层430的厚度,确定需要激光产生的冲击能量,根据凹模型腔的尺寸调整激光的光斑大小;并且通过升降机构控制激光吸收层板130和激光约束层板140下降并压紧所述板材,第一斜孔214和第二斜孔215中发出的射线被遮挡;通过旋转第一连杆120调整激光发生器110与所述激光约束层板140之间的距离至适正距离。
其中,所述适正距离为5~12mm。
步骤三、激光发生器110发射激光,在激光作用逐渐增强的过程中,激光吸收层板130吸收激光的能量并诱发产生等离子体,等离子体迅速爆炸产生高温高热,激光约束层板140进行爆炸控制,推动所述板材向凹模型腔311移动产生形变,接头成型。
相对于现有的异种材料连接装置而言,激光冲击胶铆的过程时间短、速度快,且激光束可调可控,可以便捷地调控激光尺寸和能量来改变接头成型后的尺寸。且激光冲击和红外线加热都是均匀施加的能量,最终成型后接头残余应力小,金属和粘接剂流动均匀,不容易产生应力集中。
在本实施例中,设定激光发射模式为正弦函数曲线形式,从0开始加载至能量最高值,在短时间内循环加载;可以避免直接加载作用过于剧烈损伤粘接的板材。通过使用激光冲击加热粘接固化的胶层,从而改变胶层在受到大变形后的状态。板件之间对应凹模型腔部分的粘接剂在等离子体的高温爆炸中迅速融化,利用粘接剂本身的吸能特性,吸收溢出的能量,减少了能量对铝板材和钢板的冲击。在激光停止后迅速降温,粘接剂本身起到了连接铝板和钢板的作用。
步骤四、冷却水系统启动,冷水进入冷却水腔312使所述接头迅速降温。冲击过后的铝板410表面可能在高温冲击下产生损伤,瞬间高热作用下胶层430吸收冲击能量,缓冲并降低板材的温度,在高温且高压的接头空间中流动填充金属表面产生的微小缝隙。由于激光冲击的时间十分短暂,且连接尺寸对于整个板材来说体积很小,所以激光作用停止后接头会急速冷却,在此过程中胶层430迅速固化,连接铝板和钢板410。
冷却成型后,激光发生器110上移至上限位后,激光吸收层板130和激光约束层板140上移至上限位(抵靠在第一通孔211上端),释放第一斜孔214和第二斜孔215中发出的射线;此时,压边圈210内外空间气流畅通,铆接接头处的高压得到释放,剩余的未被胶层430吸收的热量也迅速逸散出去;同时,在红外线测温仪220的监测下,红外线加热器230开始对接头进行二次加热,加热至200℃后,停止加热。高温能够消除铝板的残余应力,提高接头质量,且部分热量通过铝板传递至胶层430,既释放胶层430在大变形中的残余应力,又保持接头的基本形状不变化。
步骤五、温度传感器330测量接头底部温度,并将所述接头底部温度与红外线测温仪220检测的接头上部温度进行对比后,再次启动冷却水系统,冷水从进水通道迅速射入高速射流冷却水,并从另一侧的出水通道流出,将接头进行冷却固化。冷却水腔中的冷水将红外线加热后的接头的钢板一侧急速冷却,吸收胶层和铝板侧的热量,根据热胀冷缩的原理,使接头上的外侧钢板紧固缩小,内侧的铝板和树脂、粘接剂温度降低固化,总体上缩小接头尺寸的同时,加强了连接部分的连接强度。
作为优选,当所述接头底部温度与所述红外线测温仪检测的接头上部温度的差值为100℃时,启动所述冷却水系统。
二次加热后凹模型腔下方的急速冷却过程,有利于金属板材和胶层的收缩和凝固,利用热胀冷缩的原理使接头进一步紧固缩小。
步骤六、压边圈210上行,弹簧320推动板材离开底座310,接头脱离凹模型腔311。
在另一实施例中,为了进一步提高铆接质量,在所述步骤二中,设定所述适正距离为:
Figure BDA0002559277540000091
其中,H0为激光发生器与激光约束层板之间的距离基准距离,单位:mm;h1为钢板的厚度,单位:mm;h1-0为基准钢板厚度,单位:mm;h2为铝板厚度,单位:mm;h2-0为基准铝板厚度,单位:mm;D为凹模型腔的内径,单位:mm;D0为基准凹模型腔内径,单位:mm;d为激光的光斑直径,单位:mm;dmax为激光的最大光斑直径,单位:mm;dmin为激光的最小光斑直径,单位:mm。
其中,激光发生器的脉冲频率为1~10Hz,激光最大能量为650mJ/pulse;根据经验设定H0=8~10mm,h1-0=0.07~0.08mm,h2-0=0.07~0.08mm,D0=4~5mm,dmax=8mm,dmin=5mm。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种激光冲击胶铆连接装置,其特征在于,包括:
压边圈,其同轴开设有依次连通的第一通孔、第二通孔和第三通孔;
其中,所述第一通孔、所述第二通孔及所述第三通孔的孔径依次减小,所述第三通孔为螺纹孔;
激光发生器,其可移动的设置在所述第一通孔和所述第二通孔中;
第一连杆,其通过螺纹连接在所述第三通孔中,并且所述第一连杆的一端与所述激光发生器固定连接;
激光吸收层板,其可移动的安装在所述第一通孔中;
激光约束层板,其可移动的安装在所述第一通孔中,并且叠放在所述激光吸收层板上,与所述激光发生器间隔设置;
第一斜孔,其开设在所述压边圈的侧壁上,所述第一斜孔的一端与所述第一通孔连通,并且所述第一斜孔的轴线与所述压边圈的轴线之间具有夹角;
红外线测温仪,其设置在所述第一斜孔中;
第二斜孔,其开设在所述压边圈的侧壁上,并且与所述第一斜孔间隔设置;所述第二斜孔的一端与所述第一通孔连通,并且所述第二斜孔的轴线与所述压边圈的轴线之间具有夹角;
红外线加热器,其设置在所述第二斜孔中;
底座,其与所述压边圈同轴设置,所述底座的中心处具有凹模型腔;
冷却水腔,其设置在所述底座中,所述冷却水腔环绕所述凹模型腔设置;
其中,所述激光吸收层板和所述激光约束层板能够在升降机构的作用下同时上升或下降;
当待铆接的板材放置在所述底座与所述压边圈之间,并且所述激光吸收层板和所述激光约束层板上升至上止点时,所述红外线测温仪发出的射线与所述红外线加热器发出的射线相交于所述凹模型腔的中心处。
2.根据权利要求1所述的激光冲击胶铆连接装置,其特征在于,还包括:
多个第四通孔,其沿所述压边圈的轴向开设,所述第四通孔分别开设在所述第二通孔的外围,并且所述第四通孔的一端与所述第一通孔连通;
多个第二连杆,其与所述第四通孔一一对应设置;所述第二连杆的一端穿过所述第四通孔,并且依次与所述激光约束层板和所述激光吸收层板固定连接;另一端连接所述升降机构。
3.根据权利要求2所述的激光冲击胶铆连接装置,其特征在于,所述冷却水腔为圆环形腔,并且与所述凹模型腔同轴设置。
4.根据权利要求3所述的激光冲击胶铆连接装置,其特征在于,还包括:
进水通道,其开设在所述底座的侧壁上,所述进水通道的一端与进水管连通,另一端与所述冷却水腔连通;以及
出水通道,其开设在所述底座的侧壁上,所述出水通道的一端与所述冷却水腔连通,另一端与出水管连通。
5.根据权利要求3或4所述的激光冲击胶铆连接装置,其特征在于,还包括:
多个凹槽,其分别沿所述底座的轴向开设,并且围绕所述冷却水腔布置;以及
多个弹簧,其一一对应设置在所述凹槽中,用于在铆接结束时推动铆接板材离开所述底座。
6.根据权利要求5所述的激光冲击胶铆连接装置,其特征在于,所述第一连杆上设置有限位部;所述限位部位于所述压边圈的外侧。
7.根据权利要求6所述的激光冲击胶铆连接装置,其特征在于,在所述凹模型腔的底部嵌入式设置有温度传感器。
8.一种激光冲击胶铆连接方法,使用如权利要求1-7所述的激光冲击胶铆连接装置,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、将待铆接的铝板和钢板进行粘接,将粘接后的板件放置在底座和压边圈之间;
其中,所述板材中的铝板层靠近所述压边圈设置;
步骤二、压边圈下降压紧所述板材;激光吸收层板和激光约束层板下降并压紧所述板材,红外线测温仪发出的射线与红外线加热器发出的射线被遮挡;通过旋转第一连杆调整激光发生器与所述激光约束层板之间的距离至适正距离;
步骤三、激光发生器发射激光,激光吸收层板产生高温等离子体爆炸,激光约束层板进行爆炸控制,推动所述板材向凹模型腔移动,接头成型;
步骤四、冷却水系统启动,冷水进入冷却水腔使所述接头迅速降温;激光发生器上移后,激光吸收层板和激光约束层板上移;红外线加热器将铆接后的板材加热,同时,红外线测温仪检测接头上部温度,直到达到预设温度;
步骤五、测量接头底部温度,并将所述接头底部温度与所述红外线测温仪检测的接头上部温度进行对比后,再次启动冷却水系统,将接头进行冷却固化;
步骤六、压边圈上行,板材离开底座,接头脱离所述凹模型腔。
9.根据权利要求8所述的激光冲击胶铆连接方法,其特征在于,在所述步骤二中,所述适正距离为:
Figure FDA0002559277530000031
其中,H0为基准距离;h1为钢板的厚度,h1-0为基准钢板厚度;h2为铝板厚度,h2-0为基准铝板厚度;D为凹模型腔的内径,D0为基准凹模型腔内径;d为激光的光斑直径,dmax为激光的最大光斑直径,dmin为激光的最小光斑直径。
10.根据权利要求9所述的激光冲击胶铆连接方法,其特征在于,在所述步骤五中,当所述接头底部温度与所述红外线测温仪检测的接头上部温度的差值T=100℃,启动所述冷却水系统。
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CN115780554A (zh) * 2023-01-09 2023-03-14 江苏新恒基特种装备股份有限公司 一种精准控制镍基合金热挤压温度的支管成形防开裂方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115143177A (zh) * 2022-06-23 2022-10-04 江铃汽车股份有限公司 一种流钻螺钉及其紧固装置
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