转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能

采用超声疲劳试验方法对SMA490BW钢焊接接头的超高周疲劳性能进行研究,通过X射线应力仪对焊接试样残余应力进行测试,采用扫描电镜对疲劳裂纹的萌生、扩展及疲劳断裂机理进行观察和分析. 结果表明,SMA490BW钢母材的疲劳性能远高于焊接接头,在1 × 10⁸循环周次条件下,接头的疲劳强度为141 MPa,仅为母材的44.2%. 接头裂纹主要萌生于焊趾表面缺陷处,疲劳断裂机理表现为准解理断裂, 并伴有塑性变形痕迹. 焊趾处几何不连续造成的应力集中和焊缝及其附近区域一定的残余拉应力,以及接头各微区组织和性能的不均匀性,是导致焊接接头疲劳性能偏低的主要原因.     

焊后处理对转向架SMA490BW钢焊接接头疲劳性能的影响

本文分别对焊趾TIG熔修、焊趾TIG熔修+退火处理、焊趾TIG熔修+超声波冲击处理这3种焊后处理状态下的转向架构架材料SMA490BW钢的T形焊接接头进行四点弯曲疲劳试验,拟评估3种焊后处理方法对不同焊接方法焊接接头疲劳性能的影响。试验结果表明:焊趾TIG熔修使焊趾处形成了过渡圆滑的重熔区,降低了应力集中程度,改善了接头的疲劳性能;焊趾TIG熔修+退火处理可使熔修区及其热影响区的组织明显细化,减少残余拉应力,进而改善接头疲劳性能;焊趾TIG熔修+超声波冲击处理改善了焊趾的几何外形,降低了焊趾处的应力集中程度,将残余拉应力转变为压应力,并改善了接头区域的微观组织,显著提升了接头疲劳性能。     

高速列车转向架SMA490BW耐候钢焊接接头低温性能研究

转向架作为高速列车车走行部的主要构件,在工作过程中承受着交变载荷的作用。SMA490BW耐候钢因具有较高的强度、韧性及良好的耐大气腐蚀性,专门用作CRH2型高速动车组转向架焊接构架关键材料。在低温条件下的SMA490BW耐候钢接头性能优劣直接关系着高速列车车体的运行安全。主要针对该材料对接接头,进行了不同低温环境下接头的拉伸试验、冲击试验、疲劳强度试验,研究抗拉强度、冲击值随温度变化规律。试验结果表明:随着温度的降低,接头的抗拉强度略有提高,但韧性降低,疲劳性能因缺陷存在而变化不大。     

焊接线能量对转向架用SMA490BW耐候钢接头组织与性能的影响

对转向架SMA490BW耐候钢在不同焊接线能量下进行了单丝MAG焊接试验,研究了线能量对接头显微组织与力学性能的影响。结果表明:焊接线能量在10~32 kJ/cm时,随着线能量的增加,焊缝金属中的晶内针状铁素体逐渐转变为条状或块状的铁素体,晶界侧板条铁素体尺寸增大;热影响区晶粒逐渐粗化,粒状贝氏体和晶界的先共析铁素体增加,当线能量达到32 kJ/cm时晶界的先共析铁素体几乎呈网状分布。不同线能量下,焊接接头拉伸试样均断裂于母材。随着线能量的增加,焊缝金属和热影响区的冲击功逐渐减小,对于焊缝金属、热影响区,线能量分别不超过25、32 kJ/cm时,其冲击功满足在-40℃下不小于27 J的要求。     

高速磨削对SMA490BW钢焊缝接头残余应力的影响

利用粗糙度仪和X射线衍射仪对转向架构架人工打磨、粗磨和精磨三种状态的焊缝接头进行了粗糙度及残余应力测试和分析。结果表明:三种打磨状态下,人工打磨粗糙度最大,精磨粗糙度最小。表面粗糙度越小,构件抗疲劳性能越好。人工打磨焊缝接头表面残余应力均为压应力,柔性砂带打磨和无齿盘精磨焊缝接头表面垂直于磨削方向的应力基本上为压应力,而平行于磨削方向的应力基本上为拉应力。     

转向架用SMA490BW钢的疲劳性能研究

基于高速列车转向架在运行进程中常因承受各种交变载荷而导致的疲劳断裂问题,对CRH2高速列车转向架用SMA490BW钢试样进行拉伸试验。为确保SMA490BW钢的力学性能符合标准要求,对此种钢材在不同取样方向及不同应力比下开展疲劳性能及断裂机理研究。结果表明:T-L取样方向试样的疲劳极限应力较L-T取样方向高出5.4%。在相同的最大循环应力下,应力比R越大,疲劳强度越大。SMA490BW钢的疲劳裂纹基本萌生于基体表面。裂纹扩展区以海滩波纹状解理断裂为主,且在内部出现少量的二次裂纹和疲劳台阶,瞬断区断面主要为韧窝状形貌,且伴随有大量的撕裂棱。     

转向架用 SMA490BW 钢对接接头应力集中系数有限元分析

目的分析转向架用SMA490BW钢对接接头的应力集中系数,提高转向架焊接接头的超高周疲劳性能,保障高速列车的安全可靠运行。方法对转向架用SMA490BW钢对接接头的超高周疲劳试样进行有限元建模,应用有限元软件ABAQUS计算不同焊趾过渡圆弧半径、焊趾倾角下接头的应力集中系数,并通过Origin软件分析建立应力集中系数(Kt)与焊趾过渡圆弧半径(r)、焊趾倾角(θ)的关系。结果当r=0.2 mm,θ分别为10°,20°,30°,40°,50°,60°时,Kt分别为1.391,1.747,1.976,2.263,2.425,2.525;当θ=30°,r分别为0.2,0.5,1,1.5,2,2.5,3,4 mm时,Kt分别为1.976,1.763,1.535,1.419,1.345,1.306,1.257,1.201。结论应力集中在对接接头焊趾处较大,r和θ对Kt有显著影响。r相同时,Kt随θ的增大而增大;θ相同时,Kt随r的增大而减小。应力集中系数关系方程对于焊趾处应力集中的改善以及转向架对接接头的超声疲劳试样设计具有指导意义。     

火焰调修工艺对转向架用钢SMA490BW性能的影响

采用火焰调修工艺对高速动车组转向架用钢SMA490BW材料进行了变形调修,并对不同加热温度后进行喷水冷却的材料组织和性能进行研究。结果表明:经火焰调修后,屈服强度、抗拉强度和延伸率都满足SMA490BW规定的要求,呈延性断裂特征,未改变材料断裂的特征属性。随着火焰加热温度的升高,材料的屈服强度、抗拉强度变化不大,断后伸长率有所降低。当火焰加热温度为750℃～850℃时,处于Ac1与Ac3的双相区,冷却后的组织为细化的铁素体、珠光体和少量粒状贝氏体以及少量的原始块状铁素体。当温度达到900℃时,加热温度超过Ac3,由于奥氏体快速冷却形成的贝氏体含量增加,导致材料冲击韧性降低。退火工艺对金相组织结构没有影响,但可以消除内应力,降低硬度,从而改善塑性和韧性。     

焊补对SMA490BW焊接接头疲劳性能的影响

利用MTS-810疲劳试验机测试了耐候钢SMA490BW对接接头原始焊件、一次焊补件、二次焊补件的疲劳性能. 分别拟合了三类接头的均值S-N曲线和存活率95%、置信度75%的P-C-S-N曲线. 分析了焊补对焊接接头疲劳性能的影响. 结果表明,三组疲劳数据点基本在允许的分散带内,焊补没有对焊接接头疲劳性能造成明显的影响. 将三组数据整合在一起作为一个样本,运用成组法和升降法数据处理思想获得疲劳曲线. 并通过八节点法绘制了疲劳极限图Goodman-Smith图,为转向架焊补后疲劳强度校核提供了依据.     

转向架用SMA490BW钢激光-MAG复合焊接头残余应力

利用X射线衍射法对转向架构架用SMA490BW耐候钢激光-MAG复合焊和单MAG焊接接头进行残余应力测试和分析。结果表明:激光-MAG复合焊接头与单MAG焊接头残余应力分布趋势相同,焊缝及近缝热影响区均存在较大的残余拉应力。激光-MAG复合焊接头残余应力峰值和拉应力区间均小于单MAG焊接头,主要原因是激光-MAG复合焊接头焊接过程中热输入较小,对母材的塑性压缩效应较低。     

Fatigue life analysis of SMA490BW steel welded butt joint for train bogie based on ABAQUS/FE-SAFE

Stress concentration has a significant effect on fatigue properties of welded butt joint of bogie.The influences of joint geometric parameters {weld edge transition arc radius r,weld toe inclination angle θ) on stress concentration coefficient Kt at weld toe and fatigue life N were studied based on the finite element software ABAQUS/FE-SAFE,and the parametric equations were founded based on regression analysis of Origin software.The results show that weld edge transition arc radius r plays the most important role in stress concentration coefficient Kt as well as weld toe inclination angle 0.For the same inclination angle θ,stress concentration coefficient Kt decreases gradually with transition arc radius r increasing.With inclination angle θ increases,the effect of transition arc radius r on stress concentration factor Kt is increasing continuously,also the effect of change in stress concentration coefficient Kt caused by r on fatigue life N is increasing continuously.While in the case of same weld edge transition arc radius r,stress concentration coefficient Kt increases with inclination angle θincreasing.With transition arc radius r increases,the effect of inclination angle θ on stress concentration factor Kt is decreasing constantly,the effect of change in stress concentration coefficient Kt caused by θ on fatigue life N is decreasing constantly.The associated parametric equations have important instructive significance for the improvement of stress concentration degree and fatigue life of welded butt joint for train bogie.     

焊后退火工艺对高速列车转向架焊接接头组织和性能的影响

采用富氩基C02焊工艺对高速列车转向架用低合金控轧钢板(S355J2W)进行了焊接,分析了焊后退火工艺对焊缝金属微观组织、焊接接头冲击性能及弯曲性能的影响.结果表明:合适的退火工艺可消除焊接接头残余应力,提高接头热影响区及焊缝金属的冲击性能,改善接头弯曲性能,但对焊缝金属的微观组织无明显影响.     

SMA490BW耐候钢激光-电弧复合焊接接头性能

高速列车转向架服役环境复杂,易受到大气腐蚀,通常使用耐候钢作为转向架材料。SMA490BW耐候钢以普通碳素钢为基础,添加了耐大气腐蚀的Cu、P、Cr、Ni等元素,具备较好的耐腐蚀性。采用激光-MAG复合焊及MAG焊,针对SMA490BW接头性能、微观组织及合金元素波动进行研究。结果表明,复合焊接头组织核力学性能优于MAG焊接接头,且合金元素成分波动较小,在转向架焊接中可实现对MAG焊接工艺的替代和优化。     

激光清洗对SMA490BW钢接头表面应力及腐蚀的影响

为提高耐候钢焊接质量,将皮秒脉冲激光清洗技术引入到耐候钢焊接的清洗中,并研究了皮秒脉冲激光清洗对SMA490BW耐候钢焊接接头抗应力腐蚀性能的影响. X射线残余应力测试试验结果表明,激光清洗后试样表面残余拉应力增加130 ~ 200 MPa,不利于应力腐蚀性能的提高. 但周期浸润腐蚀试验证明,激光清洗使试件表面的耐蚀性明显提高,这有利于提高接头的抗应力腐蚀性能. 最后,通过三点弯应力腐蚀试验证明,激光清洗提高了耐候钢接头的抗应力腐蚀性能. 其原因为激光清洗使试样表面形成微米级（0.8 ~ 1.2 μm）紧密堆积的柱状颗粒,提高了试件表面的耐蚀性大于表面残余拉应力带来的影响.     

转向架用SMA490BW耐候钢超射流过渡焊接工艺试验

采用超射流过渡焊接工艺模式,分别对转向架用SMA490BW钢对接接头和T型接头的底层焊道进行焊接工艺参数优化试验,并研究焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明:在其他焊接工艺条件不变的情况下,当对接接头底层焊道的电流290 A、电压27.8 V、焊速9.4 mm/s和钝边0.5 mm时,T型接头底层焊道的电流280 A、电压27.2 V、焊速6 mm/s和坡口角度50°时,可获得较为理想的焊缝成形。与传统的脉冲MAG焊接工艺相比,超射流过渡MAG焊接工艺的熔深能力更大,焊接接头的屈服强度、抗拉强度和延伸率有所提高,符合焊接工艺评定试验标准的要求。     

转向架用钢激光-MAG复合焊角焊缝

高速列车耐候钢转向架焊接中,有大量角接形式的焊接接头。作为列车的主要承载部件,转向架的焊接要求完全焊透。采用传统MAG焊和激光-MAG复合焊对12 mm板厚的SMA490BW耐候钢进行焊接试验,并观察测试两种方法获得的接头宏观形貌、微观组织和力学性能。结果表明,激光-MAG复合焊接接头组织和力学性能均优于MAG焊接接头,因而在转向架焊接中可替代MAG焊接工艺。     

激光-MAG复合焊能量配比对SMA490BW耐侯钢焊缝的影响

针对耐候钢的激光-MAG复合焊,研究不同能量配比系数对复合焊缝熔深、熔宽、微观组织的影响.研究结果表明:随着能量配比系数的增大,焊缝总熔深逐渐增加,熔宽逐渐减小,热影响区面积先减小后小幅增大.激光功率对熔深起主导作用,电弧区的热影响区宽度明显大于激光区的热影响区宽度.热影响区中过热区晶粒组织粗化较明显.与焊缝电弧区相比,焊缝激光区的微观组织晶粒更加细小.中厚板焊接中打底层应选用大的能量配比系数,填充盖面层应选用小的能量配比系数,对接焊结果表明优化后的参数能够获得无缺陷、成形良好的焊缝.