对两种不同基板压印接头进行局部热处理，研究局部热处理对不同基板压印接头拉伸力学性能的影响。结果表明：局部热处理能够提高接头强度、增大接头拉伸位移及能量吸收值。局部热处理使基板强度增大，接头内锁部分在从基板拉出时阻力变大，导致内锁部分被撕裂的程度加大，也正是这个原因使得压印接头的综合力学性能得到提升。

压印连接技术是近年来得到迅速发展的一种机械连接技术，可以有效连接一些难于焊接甚至是不能焊接的新型薄板材料。在连接新型薄板材料方面，压印连接技术具有无可替代的优势和潜力。汽车结构轻量化的进程中，大量地应用了新型薄板材料，如铝合金、镁合金等，而压印连接技术可以较好地实现这些材料的连接，在结构轻量化的进程中发挥巨大作用。

目前，国内外对压印连接技术的研究还处于初期阶段，主要侧重于对压印连接过程工艺的研究。Ippolito 等提出了用数值模拟与实验方法优化压印连接过程。何晓聪从工艺参数、动态工艺模拟、接头强度、振动特性等方面综述了两层板压印连接技术的发展状况，并研究了采用变差系数法预测压印接头强度。周云郊等采用有限元模拟与实验结合的方法研究了钢-铝异种板材压印连接时几何工艺参数的多目标优化。杨慧艳等[7]基于试验和数值模拟的方法研究了铝合金压印连接过程和接头性能。为了具体的模拟压印过程，Hamel 等发展了有限元程序网格自动重划技术。目前，几乎所有关于增大接头强度的研究均集中于工艺参数研究，热处理网(http://rechuli.chvacuum.com/)认为还没有学者研究采用某种工艺处理成形后的压印接头来提升其力学性能。

本文研究了局部热处理对压印接头力学性能的影响。对镀锌钢板(Zn-Coated)以及冷轧钢板(SPCC)的压印接头进行局部热处理，对比研究热处理前后压印接头拉伸剪切强度变化。

1、试件制备

采用RIVCLINCH1106 P50 压印连接设备制备试件，设定连接工作压力为0.6MPa，根据材料性能选定压印模具为矩形模具。试件搭接长度20mm，整体尺寸如图1 所示。试件分为两组，一组为镀锌钢板，另一组为冷轧钢板。综合考虑压印接头的成形性，选用1.5mm 厚的镀锌钢板及1.0mm 厚的冷轧钢板。每组试件制备24 个。

图1 试件示意图

2、试验安排

2.1、局部热处理试验

局部热处理用氧乙炔焰对压印接头进行加热。为保证压印接头材料不被氧化，氧气与乙炔按1.1：1.2 的比例调配。用氧乙炔焰将压印接头加热到1000℃左右，用手持式工业测温仪测温。加热到指定温度后迅速放入水中淬火。两组试件各加热12 个，其余12 个不加热。局部热处理完成之后将镀锌钢板未热处理与已热处理的试件分别命名为A1 组与B1 组，将冷轧钢板未热处理与已热处理的试件分别命名为A2组与B2 组。

2.2、拉伸剪切试验

试件制备好并热处理之后，共有4 组(A1、B1、A2 和B2)。将试件按组依次在MTSlandmark100 型电液伺服试验机上对试件进行拉伸剪切试验。试件两端各夹持30mm，拉伸速率5 mm/min。为了防止拉伸过程产生扭矩，在试件夹持端根据试件厚度加上等厚的垫片。

3、结果及分析

3.1、接头强度分析

拉伸剪切试验得到各个试件的载荷峰值，每组试件剔除差异较大的4 个数据，剩余8 个试验数据。经计算可得各组剩余的8 试验数据方差分别为：A1组27.765，B1 组139.848，A2 组145.320，B2 组63.338。各组接头的抗拉强度平均值如图2 所示。比较A1 组与A2 组强度可知，在局部热处理前，镀锌钢板压印接头的抗拉强度比冷轧钢板压印接头的抗拉强度高15.27%。比较A1 组与B1 组试验数据可知，局部热处理使镀锌钢板压印接头的抗拉强度提高16.72%；比较A2 组与B2 组试验数据可知，局部热处理使冷轧钢板压印接头的抗拉强度提高40.07%。由上可知，局部热处理对冷轧钢板压印接头的抗拉强度提升幅度较局部热处理对镀锌钢板压印接头的抗拉强度提升幅度大。最终冷轧钢板压印接头的抗拉强度较镀锌钢板压印接头的抗拉强度高4.11%。

图2 抗拉强度均值

3.2、接头拉伸位移分析

接头拉伸失效位移是接头性能另一个重要指标。MTS 拉伸试验机设定拉伸强度达到峰值后下降95%时判定接头失效，按这个判定标准得到各个有效接头对应的拉伸位移，求得各组试件拉伸位移均值如图3 所示。可以看出，在局部热处理前接头的拉伸位移基本一样，镀锌钢板压印接头(A1)与冷轧钢板压印接头(A2)的拉伸位移均值分别为2.54mm 和2.58mm。局部热处理对两种基板压印接头的拉伸失效位移均有提高作用，其中镀锌钢板压印接头经局部热处理拉伸位移(B1)达到4.77mm，提高87.8%;冷轧钢板压印接头经局部热处理(B2)拉伸失效位移达到3.86mm，提高49.6%。

图3 拉伸失效位移均值

3.3、接头能量吸收能力分析

图4 载荷-位移曲线

通过试验可以得到载荷-位移曲线，如图4 所示。求取载荷-位移曲线与坐标轴所围成区域的面积即可得压印接头的能量吸收能力，好的能量吸收能力显示出接头具有良好的吸震能力。求取各组试件能量吸收量的均值，如图5 所示。可以看出，在局部热处理之前镀锌钢板压印接头(A1)的能量吸收能力优于冷轧钢板压印接头(A2)的能量吸收能力，前者比后者高32.0%。在局部热处理之后，压印接头能量吸收能力大幅度提升;其中，镀锌钢板压印接头局部热处理之后(B1)能量吸收能力提升71.4%，冷轧钢板压印接头局部热处理之后(B2)能量吸收能力提升65.7%。局部热处理之后镀锌钢板压印接头(B1)的能量吸收能力依然比冷轧钢板压印接头(B2)高36.5%。综上可知，镀锌钢板压印接头的能量吸收能力无论是在局部热处理前还在局部热处理之后都要优于冷轧钢板，且局部热处理对镀锌钢板压印接头的能量吸收能力提升作用更明显。

图5 能量吸收值

3.4、接头失效分析

目前对两层板压印连接的研究表明，压印接头的失效模式有上板颈部断裂失效与内锁拉脱失效。上板颈部断裂失效是在拉伸剪切载荷的作用下，随拉伸位移的增加，拉伸载荷逐渐增大，达到最大值时，上板在颈部厚度最小的位置发生断裂造成接头失效;内锁拉脱失效主要是由于基板的强度较大，接头中上板在下板中镶嵌量不够充分，上板颈部强度大于上板在下板中的自锁强度，接头在拉伸剪切载荷作用下，上板在下板中的自锁结构先失效，导致上下板分离而失效。

本次试验4 组接头的失效形式如图6 所示，均为内锁拉脱失效。虽然拉脱形式一样，但拉脱时内锁部分被撕裂的程度不一样，如图6 椭圆区域所示。从图6 可以看出，镀锌钢板与冷轧钢板的压印接头在局部热处理之后拉脱时内锁部分被撕裂的程度变大；而且可以看出冷轧钢板压印接头局部热处理对内锁部分撕裂增大的程度较镀锌钢板要大。这种现象很好地反映出试验结果，局部热处理使基板强度得到提高，压印接头在拉脱过程中内锁结构挤压下板时基板的变形困难，摩擦增大，最终使得接头强度得到提升;上板被撕裂的程度增大，导致失效位移加大；而强度提升以及失效位移加大使得接头的能量吸收能力得到提高。

图6 接头失效形式

4、结论

(1) 局部热处理对镀锌钢板以及冷轧钢板压印接头的拉伸强度有提高作用，冷轧钢板压印接头强度提升幅度大；对两种基板压印接头失效位移有增大作用，且镀锌钢板压印接头失效位移增大的幅度大;对两种基板压印接头能量吸收能力有提高作用，且镀锌钢板压印接头能量吸收能力提高幅度大。

(2) 局部热处理使的镀锌钢板与冷轧钢板压印接头在拉脱失效时内锁部分撕裂的程度加大，且冷轧钢板压印接头内锁部分撕裂增加的幅度大。

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