Page 203 - 《应用声学》2023年第2期

第 42 卷 第 2 期 许龙等： 超声自冲铆复合连接成形性及力学行为研究 391

A A

B B

(a) SPRଌ݀ (b) USPRଌ݀
图 6 接头静载失效形式
Fig. 6 Static failure modes of the joints

100 mm 100 mm 100 mm 100 mm
(a) SPRʽ౜ (b) USPRʽ౜ (c) SPRᨦ᧬ (d) USPRᨦ᧬

图 7 接头 SEM 微观形貌
Fig. 7 SEM micro-morphology of the joints

2.4 对接头微观形貌的影响 频超声焊接使得铆钉与接头形成固相焊接，二者的

为进一步研究超声焊接对接头微观形貌的影 连接更加紧密，验证了上述结论的可靠性。
响，分别对USPR 接头和 SPR 接头上板与铆钉腿部
接触区域进行扫描电镜 (Scanning electron micro- 3 结论
scope SEM) 分析，如图 7 所示。由图 7(a) 和图 7(b)
(1) USPR 复合接头较 SPR 接头具有更优异的
可知，接头上板与铆钉腿接触区的微观形貌总体来
成形质量。USPR 复合接头的内锁量提升了 44.8%，
说较为一致，由灰黑色和银白色两部分区域构成，
其中灰黑色区域为基板形貌，银白色区域为附着在 钉头高度下降了34.4%，残余底厚下降了29.3%。
上板的铆钉表面镀层，这是由于铆钉在刺穿上板过 (2) USPR 复合接头较 SPR 接头具有更强的静
程中与板材紧密接触，部分镀层由于摩擦而被从铆 力学性能。USPR接头的静载强度提升了18.1%，缓
钉剥离，附着在接头上板。对比图 7(a) 和图 7(b) 发 冲吸震性能提升了17.5%。
现，USPR 接头的上板铆钉镀层的附着程度较 SPR (3) 超声波金属焊接会使得铆钉与基板形成固
接头有相当明显的提高，这说明在施加超声焊接后， 相焊，特别是在铆钉颈部与上板接触区域、铆钉腿
铆钉与接头的连接更加紧密，这是因为超声焊接使 部与上板接触区域，使接头内部不仅存在机械内锁，
得接头和铆钉形成超声固相焊，焊接强度大于镀接 同时存在固相焊接。
强度，从而导致铆钉脱离接头时更多的镀层被剥离 (4) 超声波金属焊接可有效提高 SPR 接头的
下来，附着在接头上板。 稳定性。接头载荷 -位移曲线的最终失效阶段看，
由图 7(c) 和图 7(d) 可知，铆钉腿与上板接触区 SPR 接头载荷 -位移曲线呈离散性波动陡降，而加
的微观形貌大致由灰白色和黑色两部分区域构成， 入超声波金属焊接的 USPR 接头呈现聚集性快速
其中灰白色区域为铆钉镀层，而黑色区域是铆钉 直线下降。
镀层剥离后铆钉表面形成的缺陷。对比图 7(c) 和
图 7(d) 可发现，USPR 接头的铆钉镀层的剥离程度 致谢 感谢一浦莱斯精密技术 (深圳) 有限公司和广
较SPR接头有相当明显的提高，这更进一步说明高 州市新栋力超声电子设备有限公司的大力支持。