高速列車橫梁焊接結(jié)構(gòu)熱裂紋控制及壽命預(yù)測.pdf

1、高速列車服役可靠性問題一直是世界各國關(guān)注的熱點(diǎn)問題,我國的高鐵事業(yè)起步較晚,對于高速列車的制造和服役的可靠性還需要不斷的探索和研究。目前在服役高速列車定期檢修過程中,常常在高速列車底架的橫梁焊縫附近發(fā)現(xiàn)裂紋的存在,盡管結(jié)構(gòu)尚未發(fā)生失效破壞,但這些裂紋的存在嚴(yán)重威脅著車體運(yùn)行的安全性,因此本文針對高速列車橫梁結(jié)構(gòu)的裂紋問題,借助顯微組織觀察、斷口分析、高溫拉伸試驗(yàn)等多種試驗(yàn)手段,確定了裂紋的形成原因。利用高溫拉伸試驗(yàn)、掃描電鏡斷口分析、顯

2、微硬度測試、金相觀察、超聲波法殘余應(yīng)力測試獲得了控制高速列車橫梁結(jié)構(gòu)中裂紋的行之有效的優(yōu)化方案。采用有限元軟件分析了新舊工藝的應(yīng)力集中系數(shù),采用Forman公式計(jì)算了新舊工藝服役應(yīng)力水平下的剩余壽命,本文的主要研究工作包括以下幾方面:
　　對服役構(gòu)件焊接接頭進(jìn)行金相觀察,發(fā)現(xiàn)焊縫根部存在未焊透缺陷,降低了結(jié)構(gòu)抵御疲勞失效的能力。對服役構(gòu)件進(jìn)行斷口分析,從斷口上的過燒斷口形貌分析,裂紋是在焊接熱加工中形成的。對高速列車橫梁(A7N0

3、1-T5)和補(bǔ)強(qiáng)板(A7N01-T4)進(jìn)行高溫延性測試,從高溫伸長率曲線分析,A7N01鋁合金的高溫延性對軋制方向敏感,材料的熱裂紋大約發(fā)生在500℃~600℃的溫度區(qū)間。
　　對替換材料A5083-O和A6N01S-T5進(jìn)行高溫延性測試,與A7N01鋁合金材料相比A6N01S-T5的高溫延性更好,且對軋制方向不敏感。提出采用A6N01S-T5作為替換橫梁的材質(zhì),同時(shí)將坡口角度從35°提高到50°。對比焊接接頭宏觀形貌發(fā)現(xiàn),焊趾處

4、的未熔合現(xiàn)象得到了顯著改善。對改進(jìn)前后工藝的焊接接頭進(jìn)行了超聲波殘余應(yīng)力測試,結(jié)果表明舊工藝焊接構(gòu)件焊縫附近殘余應(yīng)力接近屈服強(qiáng)度,新工藝的殘余應(yīng)力最大值約為120~150MPa,明顯低于舊工藝。從殘余應(yīng)力角度分析,新工藝方案更有利于提高構(gòu)件的承載能力,消除焊接熱裂紋的產(chǎn)生。
　　對新舊工藝承受拉伸載荷和彎曲載荷下的應(yīng)力集中系數(shù)進(jìn)行計(jì)算,由于舊工藝存在未焊透缺陷,因此應(yīng)力集中系數(shù)大于新工藝,即舊工藝對疲勞裂紋更加敏感。將尺寸為2mm