转向架侧梁生产及服役过程中的焊接残余应力研究

采用X射线衍射法(XRD)测试转向架侧梁在制造过程及疲劳试验过程中同一部位焊接的残余应力,获得焊接残余应力在生产及服役过程中的变化规律,为改进转向架制造工艺提供理论支撑。结果表明:侧梁来料基础件表面为压应力;转向架大部件焊后及热调修后残余应力整体分布不均匀,存在高值拉伸应力;构架热处理后焊接残余应力大幅度降低,残余应力趋于均匀化;构架喷砂后,焊接残余应力由拉应力转变为压应力,并在构架表面形成有利于疲劳性能的压应力层;构架疲劳试验600万次时,残余压应力不会发生松弛;构架疲劳试验1 200万次后,构架表面的残余压应力大幅度下降,应力逐渐松弛重新分布,且分布更为均匀。     

转向架构架预热温度的分析及应用

转向架是轨道车辆最关键的部件之一,承担着列车的全部载荷,其焊接技术是轨道车辆制造的核心技术。预热作为重要的焊接工艺因素,是防止产生冷裂纹最有效的措施。文中基于转向架构架的焊接生产,对转向架构架焊接接头的最低预热温度进行了研究,对焊接工艺人员确定转向架构架预热温度具有很好的借鉴意义,推广价值高。     

基于数值仿真的动车组横梁管焊接顺序优化

横梁管是机车转向架构架的重要组成构件之一,起到连接两边侧梁与横向止挡的作用,是主要承载及牵引部件,随着动车组运行速度的不断提升,对转向架构架横梁管在复杂载荷作用下的承载能力的要求不断提高。本文以某型号的高速动车组转向架构架横梁管为研究对象,采用数值仿真的方法,研究不同焊接顺序对其焊接残余应力和变形的分布规律,并以此进行焊接顺序的优化。结果表明:对于横梁管自由端焊接变形,方案1和方案2的变形量明显大于方案3的,方案3的整体焊接变形最小、端面平整度最好;对于横梁管焊接残余应力,3种方案在焊缝表面、焊趾处、熔合区处的Mises应力相差不大,变化趋势也基本相同;方案3,即正-逆交替焊接的方法在不增大应力的情况下可以有效地控制焊接变形。本文结论能够有效地控制机车转向架构架横梁管的焊接残余应力与变形、改善接头焊接质量,为实际生产提供数据参考。     

城市铁路转向架焊接构架强度有限元校核

建立了城市铁路转向架焊接构架的六面体网格有限元模型,按照UIC 515-4—1993和EN 13749—2011标准施加载荷及边界约束,计算构架在7个超常载荷工况及15个运营载荷工况下的应力分布,依据第四强度理论评价构架的静强度,采用修正的Goodman疲劳极限图对焊接构架疲劳强度进行校核计算。结果表明:该转向架焊接构架的静强度及疲劳强度满足标准规定的设计要求。计算结果为同类型城市铁路转向架构架的设计、改进和优化提供了重要的参考依据。     

基于SYSWELD的K7转向架副构架焊接数值模拟

K7转向架副构架是K7转向架的重要组成部分,其结构为三段B+级铸钢焊接而成。若焊后残余应力及变形未达到设计要求会直接影响到机车车辆运行的安全。为了更好地验证现有焊接工艺可靠性,采用ESI公司焊接专用软件SYSWELD对K7转向架副构架进行了数值计算分析。根据K7转向架副构架建立其三维几何模型,划分网格模型,设置热源参数。考虑到实际生产时遇到的情况,采用四种焊接方式进行模拟,并与实验结果相对比,按照设计的焊接工艺仿真得到的焊接残余应力与实验吻合较好,由此验证了仿真的可靠性,可将仿真结果运用于指导生产。     

基于断裂力学的转向架构架制动吊座剩余寿命评价

转向架构架焊接时形成熔合不良、气孔等缺陷是疲劳裂纹萌生和扩展的本质来源之一。以客车非动力转向架构架的铸造部件疲劳寿命为考察对象,对制动夹钳吊座用G20Mn5铸钢材料进行高周疲劳试验及断裂力学试验。依据构架焊接质量探伤结果进行缺陷的规则化处理,在制动夹钳吊座与横梁焊缝热影响区等应力热点区域置入不同深度的裂纹,考虑实测8级载荷谱作为制动工况输入,利用经典Paris疲劳裂纹扩展模型,在损伤容限框架内估算含焊接缺陷的制动夹钳吊座的剩余寿命。结果表明:当制动夹钳吊座与横梁焊缝处的原始铸造缺陷小于0.5 mm时,属于安全尺寸;而初始裂纹深度为1 mm的裂纹扩展到1 mm时的剩余寿命约为7098万km,超过现役焊接构架设计寿命。可见,疲劳寿命能满足设计寿命指标,并具有一定的安全裕度。     

基于SYSWELD的列车转向架结构焊接数值模拟

列车的转向架是保证车辆运行品质与运行安全的关键部件,构架又是其最重要的组成承载部件.因此,研究列车转向架焊接构架残余应力与结构强度的关系,具有非常重要的意义.根据列车转向架构架建立其几何模型、划分网格、设置热源参数,采用ESI焊接专业软件SYSWELD对列车转向架构架结构焊接进行数值计算分析.为优化工艺措施,调整应用多种焊接顺序工况进行模拟,并进行对比.     

高速动车组转向架构架焊接残余应力研究(一)

采用X射线衍射法,对CRH 380B型高速动车组转向架动车焊接构架的主要焊缝进行了焊接残余应力测试,每条焊缝测试区域涵盖了焊缝中心线、距离焊缝熔合线2,5,10,15,25 mm共6个测试点。测试结果分析表明:CRH 380动车焊接构架上每条焊缝的应力峰值控制在100~300 MPa中低值拉应力范围以内,大多位于焊缝中心线处,焊接残余应力整体上处于中低值拉应力水平。通过与普通客车CW-200K型构架对应8条焊缝部位进行对比研究,证明CRH 380B型高速动车组构架自身结构控制应力水平的能力明显强于普通客车构架;并从焊接应力控制的角度,对CRH 380构架焊接结构设计的特征进行了系统分析,总结出该构架焊缝拘束度小、焊缝分散设计、焊接结构平缓过渡设计以及焊缝少堆焊和小焊脚焊缝设计的焊接结构设计特色。     

B型地铁转向架焊接构架静强度及疲劳强度分析

文中对B型地铁转向架焊接构架的基本结构进行了介绍,采用Hypermesh软件对构架模型划分网格.依据EN 13749-2011标准计算构架载荷,利用Abaqus有限元分析软件进行不同工况的受力分析,得到构架在超常载荷工况和正常运营载荷工况下的应力分布.计算结果表明:构架的静强度及疲劳强度均满足相关标准要求.     

快速地铁车辆一系钢圆弹簧疲劳寿命分析

针对某城市快速地铁车辆转向架螺旋弹簧频繁出现断裂的问题,以该线路地铁车辆转向架弹簧为研究对象,建立三维模型。根据弹簧在实际工程中发生疲劳断裂的部位,分析弹簧模型在静强度下的受力,以验证弹簧模型的准确性。以实测位移载荷数据为基础建立载荷谱,根据载荷谱及材料的S-N曲线计算出不同工况下的一系钢圆弹簧最小疲劳寿命。通过改变弹簧参数求出不同参数下的最小疲劳寿命,以探究弹簧参数与最小疲劳寿命之间的关系,从而找出提高弹簧疲劳寿命的方法。     

B型地铁构架焊接残余应力X射线衍射法测量

由于焊接过程中的不均匀加热,地铁转向架构架不可避免的产生焊接残余应力,残余应力的存在影响了构架的疲劳寿命,可能造成构架失效,影响行车安全。因此测定并掌握构架不同处理状态下残余应力的分布规律十分必要。利用X射线衍射法对同一B型地铁构架三种不同处理状态下的相同部位进行了残余应力测试,分析不同处理状态下构架残余应力的大小和分布规律,为工厂优化B型地铁构架的焊接工艺、热处理工艺和喷丸工艺提供参考。     

动车组电机吊架补强结构焊接返修仿真研究

针对动车组转向架在长期运营后,车辆高级修过程中发现电机吊架部分部位出现裂纹情况,文中对动车组转向架电机吊架补强结构焊接返修的残余应力和焊接变形规律进行研究,并从焊接顺序和反变形量2个影响因素进行分析,得出结论:不同的焊接顺序对电机吊架焊接残余应力和X方向的变形量影响较大;采用0.5 mm反变形能够有效减小电机吊架Z方向的变形量。综合考虑,文中提供的方案3 (焊接顺序1, 0.5 mm反变形量)为此电机吊架焊接返修的最佳方案。     

209T型转向架构架疲劳强度数值模拟

针对209T型转向架构架在运行过程中横梁与侧梁连接焊缝出现裂纹的现象,根据列车运行实际情况及铁路行业相关标准,利用有限元软件ANSYS对209T型转向架构架整体的疲劳强度进行了数值模拟。结果表明:在横梁腹板与侧梁下盖板的垂向连接焊缝内、外侧,应力幅值略超出或接近该型转向架构架焊缝的疲劳许用应力,是该型构架的疲劳薄弱部位。本文的模拟结果为今后该结构的改进奠定理论基础。     

激光加工技术在轨道车辆制造中的应用

本文介绍了激光加工技术在轨道车辆制造领域的应用现状及前景分析,详细说明激光在不锈钢板材、铝合金板材、合金钢板材备料工序及激光加工技术用于不锈钢车体焊接、焊接构架自动化焊接生产线、质量体系建设之标识移植等应用成果,介绍了激光作为一种新能源在不锈钢车体焊接、高速动车组铝合金车体焊接及高速转向架焊接的研究进展,已完成5083、6005A、6N01、7N01、SMA490BW等材料的焊接接头性能研究,并建立了焊接规范数据库,完成了车体端墙、端部侧墙、转向架侧梁、纵向梁等激光复合焊焊接样件的试制。     

含错位效应十字焊接接头疲劳可靠性评估

探究缺陷效应对焊接件疲劳性能的影响是控制焊接质量的重要内容.文中引入焊接缺陷参数的影响,基于累计寿命-临界损伤建立含缺陷承载十字焊接接头疲劳可靠性分析模型.首先,根据结构件焊缝和缺陷参数以及载荷条件,建立有限元计算模型,并基于平均应变能密度方法 (average strain energy density method,SED)和热点应力方法 (hot spot method,HS)等评估方法探究各特征参数对疲劳性能的影响.其次,结合BP神经网络和Miner线性累计损伤准则建立可靠性分析模型,以概率统计相关参数为基础系统分析疲劳载荷和变异系数对于疲劳可靠性指标的影响.结果表明,位移和角错位及其概率分布参数显著影响焊件的疲劳寿命分布及可靠性概率,该可靠性模型为工程焊件的疲劳寿命设计及监测检修提供参考依据.     

大型行星轮系功率分流分析与疲劳可靠性研究

行星轮间的功率分流行为使得行星机构具有较高的能量传输密度，但偏载会导致行星机构的功率无法按照理想状态分配，增大齿轮间的啮合力，影响整个系统的使用寿命和可靠性。基于某型号重型直升机行星减速器的结构特征，构建大型行星轮系的有限元仿真模型，对行星传动系统进行准静态力学和运动学分析，获得系统中各类齿轮的危险应力历程，为可靠性分析模型提供载荷输入变量，以弯曲疲劳试验获得的齿轮强度数据作为可靠性分析模型的强度输入变量。使用统计学最小样本量的概念进行齿轮和轮齿寿命转换，建立行星齿轮系统可靠性分析模型，完成行星系统不同状态下疲劳可靠度的数学映射。偏载状态下，行星齿轮系统可靠度为92.32%,证明偏载会影响系统疲劳可靠性，降低齿轮的有效使用寿命。     

焊接应用

焊接结构与设计 焊缝疲劳寿命预测新方法及其在焊接构架上的应用墚树林…//大连交通大学学报．-2010,31（6）：29-34 铁路客车209T型转向架焊接构架横梁腹板与侧梁下盖板的焊缝出现的疲劳裂纹直接影响行车安全。采用美国ASME标准中的《网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法》,对该处焊缝进行了有限元分析,分析计算了该处焊缝焊趾与焊根上的应力集中,     

焊接顺序对动车组电机吊架焊接残余应力和变形的影响规律研究

电机吊架是高速动车组特有的悬挂驱动装置,动车组转向架上的2台牵引电机是通过电机吊架连接的,随着动车组运行速度的不断提升,对电机吊架在复杂载荷作用下承载能力的要求不断提高。然而电机吊架在焊接成形时焊缝较多,且主要为多道焊,不合理的焊接顺序会导致焊后存在较大的焊接残余应力和变形,对构件的服役过程产生重要影响。因此,焊接顺序的合理设计与优化对控制焊接残余应力和变形起着重要的作用。本文以某型号的高速动车组电机吊架为研究对象,借助有限元数值仿真方法研究不同焊接顺序对其焊接残余应力和变形的影响规律。通过对电机吊架3种不同焊接顺序模拟结果与尺寸公差以及残余应力实测结果的对比分析,得出最优焊接方案,该方案将对动车组电机吊架的实际生产具有一定的指导意义.     

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。     

超声冲击改进地铁车辆焊接裂纹修复质量的探究

目的 针对地铁车辆车体、转向架构架疲劳裂纹频发的问题,探索超声冲击工艺增强焊接结构件疲劳强度的机理和可行性.方法 分别利用机械打磨和不同工艺参数的超声冲击处理SMA490BW钢焊接对接接头,借助应力分析仪、金相显微镜、超声疲劳机、扫描电镜等,综合分析试样的应力分布、接头形貌、晶粒组织、疲劳寿命以及断口形貌,以对比不同处理方式的强化效果.结果 超声冲击处理可有效改善对接接头的应力集中,细化表层晶粒,并调整表面应力场的分布,将焊接残余拉应力转为较大的残余压应力.在工艺参数1.5 A/10 min的冲击下,试样可获得最高平均寿命3.35×107周次,是机械打磨试样的3.8倍,是原始试样的10倍,且疲劳断裂失效模式不变.结论 超声冲击通过表面改性,显著提高焊接结构的疲劳寿命,且优于机械打磨方法.超声冲击法高度契合车辆裂纹修复的需求,但相关标准、设备、工艺不够完善,建议对超声冲击方法进一步探索,并最终将其纳入地铁车辆裂纹修复工艺.