高速列车自主创新中的虚拟焊接技术

利用数值仿真技术开展高速动车转向架、地板等大部件的虚拟焊接。针对大型焊接结构计算的难点,采用先进热源模型及高效计算方法,测试不同温度下铝合金、耐候钢等高铁用材料的热物理参数,建立高铁虚拟焊接用基本材料热物理参数库,开展高速动车车体结构的虚拟仿真计算。结果表明,此技术可指导车体焊接工艺优化,优化车体结构设计,降低焊接变形和制造成本,改善制造质量,提高产品服役性能。     

随焊激冷法控制高速列车地板焊接变形的数值模拟

利用非线性有限元分析软件MSC.Marc模拟空冷及不同随焊激冷措施下高速列车地板结构的焊接变形及温度场。模型中使用母材和填充材料的动态特性参量,采用移动双椭球热源模型进行计算,结果表明随焊激冷措施对近缝区的温度场的干涉作用明显,焊接时可有效降低峰值温度和热影响区宽度。此外随焊激冷措施对较小角变形、纵向挠曲变形也有一定效果,对离焊缝中心较近及较远处的温度场同时进行控制的随焊激冷方案可使焊后的纵向挠曲变形减小近一半。     

SMA490BW耐候钢激光-MAG复合焊与MAG焊对比研究

以一种高速列车转向架用材料SMA490BW耐候钢为研究对象,针对传统MAG易出现未焊透等焊接问题,对8 mm SMA490BW耐候钢的激光-MAG复合焊进行研究。通过对比8 mm SMA490BW耐候钢MAG焊与激光-MAG复合焊接头的焊缝成形、组织特点、力学性能,可以得到:SMA490BW耐候钢的激光-MAG焊接头的焊缝成形质量优于MAG焊接头,焊缝组织也更加均匀细小,焊缝区硬度较MAG焊接头高;复合焊接头的抗拉强度、弯曲性能与MAG焊接头类似;复合焊接头的韧性比MAG焊接头更好。     

焊接环境湿度对A7N01S-T5铝合金MIG焊接接头性能影响

采用单脉冲MIG焊,在环境焊接实验室内对高速列车用铝合金材料A7N01S-T5进行焊接,焊接环境相对湿度为50%、60%、70%、80%、90%,对所焊接头进行拉伸、冲击、硬度等力学性能研究。结果显示接头强度随着相对湿度的增加先降低后有所回升;接头硬度随湿度增加无明显变化规律。分析原因:随湿度变化,焊缝内气孔的数量、大小及分布形态变化是导致接头性能变化的主要原因。     

7N01-T4铝合金搅拌摩擦焊接头的形貌及力学性能

对15 mm厚7N01-T4铝合金采用3组焊接工艺参数进行搅拌摩擦焊。焊接速度均为200 mm/min,倾角θ均为0.5°,转速ω分别为300 r/min,350 r/min,400 r/min。所用搅拌头采用马氏体时效不锈钢制作,轴肩直径为37 mm,搅拌针为圆台形,针长14.8 mm,针体表面带有细牙螺纹和3个斜切平面。焊后进行外观检验、射线探伤、宏观断面检验、横向拉伸和弯曲试验。结果表明,3组参数所得焊缝外观良好,内部无孔洞、弱结合和S线等缺欠;焊接接头的抗拉强度在351~370 MPa之间,断后伸长率为11.9%~15.4%,拉伸试样均沿45°方向断裂,断口位于距离焊缝边缘约30mm的区域;在弯曲180°的条件下,正弯和背弯试样均未产生裂纹。     

焊接环境湿度对A7N01S-T5铝合金MIC焊接接头性能影响

采用单脉冲MIG焊,在环境焊接实验室内对高速列车用铝合金材料A7N01S-T5进行焊接,焊接环境相对湿度为50％、60％、70％、80％、90％,对所焊接头进行拉伸、冲击、硬度等力学性能研究.结果显示接头强度随着相对湿度的增加先降低后有所回升;接头硬度随湿度增加无明显变化规律.分析原因:随湿度变化,焊缝内气孔的数量、大小及分布形态变化是导致接头性能变化的主要原因.     

SMA490BW钢激光-MAG复合焊T型接头疲劳性能

对激光-MAG复合焊和MAG焊T型接头进行了四点弯曲疲劳试验,采用最小二乘法拟合疲劳S-N曲线,估算了两种焊接方法 T型接头循环寿命为107时的疲劳强度。试验结果表明,当循环基数为107次时,激光-MAG复合焊接头的疲劳强度较常规MAG焊接头提高17.5%。观察两种焊接方法的疲劳断口发现,断口位置在熔合区的焊趾处,裂纹扩展区疲劳辉纹明暗相交,既短又不连续,呈韧性疲劳断口特征。但激光-MAG复合焊疲劳裂纹扩展区撕裂棱凸出较大,裂纹扩展时所需的动力更大,断裂韧性更高。分析发现,焊趾处圆滑过渡和细小的熔合区微观组织导致激光-MAG复合焊T型接头的疲劳强度高于MAG焊。     

铁路客车转向架药芯焊丝MAG焊接头的疲劳性能

为了加速我国铁路客车现代化,研制适合高速行驶要求的客车转向架势在必行。有关资料表明,疲劳是焊接接头在低应力下过早破坏的主要原因。针对客车转向架制造用ST52-3低合金结构钢,分别使用四种不同焊丝进行焊接,并对接头进行了疲劳性能试验研究。结果表明：选用SF-71和Supercore71H两种药芯焊丝较为合适。     

15mm厚A7N01铝合金MIG与激光-MIG复合焊接对比

试验采用MIG与激光-MIG复合焊接方法对15 mm厚A7N01铝合金进行焊接,对比两种方法的焊接工艺参数、接头组织和力学性能。研究结果表明,激光-MIG复合焊接接头常规力学性能方面略好于MIG;激光-MIG复合焊接的焊接效率明显高于MIG,且其焊接热输量入显著低于MIG。激光-MIG复合焊接方法在铝合金厚板焊接方面具有一定优势。     

铝合金二元与三元气体保护焊技术比较

为认知铝合金三元气体保护焊接中微量氮气混入的重要性,研究了纯氩、氩氦二元气体保护、氩氦氮三元气体保护焊条件下铝合金焊接电弧形态、焊接接头宏观及微观组织、热影响区宽度的区别.试验结果表明,三元气体保护焊电弧收缩最为显著,焊缝晶粒最为细小,热影响区最窄,接头冲击韧性最高,焊接质量最高.纯氩气体保护焊焊接接头性能次之,氩氦二元气体保护焊接接头性能最低.结果表明,微量氮气的加入对于三元气体保护焊接质量提升是非常重要的因素.