高速列車橫梁焊接結構熱裂紋控制及壽命預測.pdf

1、高速列車服役可靠性問題一直是世界各國關注的熱點問題,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)現裂紋的存在,盡管結構尚未發(fā)生失效破壞,但這些裂紋的存在嚴重威脅著車體運行的安全性,因此本文針對高速列車橫梁結構的裂紋問題,借助顯微組織觀察、斷口分析、高溫拉伸試驗等多種試驗手段,確定了裂紋的形成原因。利用高溫拉伸試驗、掃描電鏡斷口分析、顯

2、微硬度測試、金相觀察、超聲波法殘余應力測試獲得了控制高速列車橫梁結構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力集中系數,采用Forman公式計算了新舊工藝服役應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:
　　對服役構件焊接接頭進行金相觀察,發(fā)現焊縫根部存在未焊透缺陷,降低了結構抵御疲勞失效的能力。對服役構件進行斷口分析,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)和補強板(A7N01-T4)進行高溫延性測試,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,同時將坡口角度從35°提高到50°。對比焊接接頭宏觀形貌發(fā)現,焊趾處

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