基于SYSWELD中载荷约束对高速列车车体焊缝残余应力的影响

采用ESI公司开发的大型有限元软件SYSWELD,建立底架边梁与侧墙焊缝的局部模型,用有限元以热弹塑性理论为基础,采用双椭球热源模型,通过模拟模型在不同载荷情况下的反应拟,得出残余应力的分布规律。结果表明:不同载荷下,自由状态下的纵向应力值是最小的;随着载荷的增加,焊接接头中的纵向残余应力增大;当载荷增加到一定的数值时,纵向拉应力值出现小幅度下降,下降后的值高于自由状态的应力值。

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头腐蚀疲劳裂纹扩展行为

文中研究了AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头的腐蚀疲劳裂纹扩展行为。结果表明,在1%NaCl溶液(质量分数)中,AZ31镁合金接头各区域的腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值和强度均低于在空气环境中的结果,但裂纹扩展速度较高。在空气环境下,在裂纹扩展起始阶段,母材区域门槛值最低,裂纹最容易扩展,而在裂纹稳定扩展区域,焊核区域的裂纹扩展速率最快,为da/d N=7.80×10^(-6)(ΔK)^(2.78),前进侧热力影响区的裂纹扩展速率最慢,为da/d N=1.94×10^(-5)(ΔK)^(1.73)。在腐蚀疲劳环境下,母材区域的门槛值最小,最容易发生扩展行为,进入稳定扩展阶段时,后退侧热力影响区扩展最快,为da/d N=3.12×10^(-4)(ΔK)^(1.71),焊核区域扩展最慢,为da/d N=2.78×10^(-4)(ΔK)^(1.50)。AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头各区域的腐蚀疲劳裂纹扩展机理主要是裂纹尖端的阳极溶解和氢脆机理。裂纹扩展路径曲折复杂,裂纹中部发现裂纹“闭环”和分叉形貌,裂纹尾部细小,出现裂纹“跳跃”情况,裂纹尖端附近的施密特因子分布不均匀,裂纹尖端附近的组织整体呈现较软的取向,裂纹总是沿着易于滑移的软取向组织扩展。

基于固有应变法的转向架横梁焊接变形模拟

本研究使用固有应变法,在SYSWELD中对转向架横梁在3种不同焊接顺序方案下的变形进行数值模拟。模拟得到不同顺序方案下各方向上的变形,并分析横梁腹板端部的变形和弯曲。结果表明,使用固有应变法能够对大型构件进行焊接模拟;不同顺序下的焊接变形趋势一致,但在不同位置上不同方向的变形不相同;优化焊接顺序,可以减小变形和弯曲。

不同焊接工艺条件对A5083铝合金焊接接头疲劳性能的影响

焊缝的工艺缺陷、焊缝外形不合理、焊接接头设计不合理均是造成焊接接头应力集中的主要原因,其中工艺不当也是重要原因之一。研究了单脉冲、双脉冲的焊接工艺对A5083P-O铝合金焊接接头疲劳性能的影响。研究结果表明,采用双脉冲焊接工艺制备的A5083P-O铝合金焊接接头,其疲劳性能在同等条件下高于采用单脉冲焊接工艺制备的焊接接头。采用双脉冲的微观组织晶粒也更为细小,且分布均匀,而单脉冲分布比较杂乱,但双脉冲焊接工艺并没有改变接头的断裂机理。

电磁超声螺栓轴向应力测量的有限元分析与试验

目前电磁超声在测厚、无损检测等领域得到了广泛的研究,但在螺栓轴向应力测量方面的研究较少,为了促进电磁超声在螺栓轴向应力测量中的应用,通过建立多物理场有限元仿真模拟了电磁超声的激发、传播过程。建立螺栓二维模型,利用电磁超声激发超声波得到了纵波在螺栓内部传播的信号;通过有限元模拟,得到了螺栓在轴向载荷作用下内部的应力分布。有限元计算表明轴向载荷和声时差存在一定的线性关系,该线性关系受到轴向载荷的影响;不同的夹紧长度会影响材料的应力系数,而夹紧长度和应力系数的乘积为定值。试验结果表明,有限元模拟结果与真实试验情况均表现为在轴向应力作用下,超声波传播时间增大,并和轴向应力呈良好的线性关系。

基于SYSWELD中焊接顺序对Y25型转向架焊接变形的影响

采用了忽略相变的热循环曲线法,在有效降低计算量的情况下,对Y25型转向架侧梁焊接过程进行了热弹塑性有限元仿真计算,得到了不同焊接顺序对Y25型转向架侧梁焊接变形的影响规律。结果表明:6种不同焊接顺序下的焊接变形情况基本一致,但变形的大小不同,不同焊接顺序下的焊接变形的变化百分比达到了17.1%,通过选用合适的焊接顺序可以有效控制焊接变形量。

TA2/Q235复合板CMT+激光焊接头的微观组织和力学性能

文中采用CMT和激光焊方法分别对12 mm厚TA2/Q235复合板的基层(Q235)和覆层(TA2)进行焊接,得到的焊接接头质量良好,未见裂纹、咬边等焊接缺陷。通过采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、微观硬度测试、拉伸、弯曲等试验方法和设备获得了钛-钢复合板焊接接头的微观组织特征、力学性能、界面层元素分布和物相分布,研究了界面层化合物的产生原因以及对力学性能的影响。结果表明:在钛-钢复合板焊接接头微观组织中,Q235钢侧主要为铁素体、珠光体和少量的魏氏组织,钛侧焊缝区组织主要为马氏体组织;焊后焊接接头抗拉强度实测值为420 MPa,内弯试验中试样未发生开裂;界面层化合物主要为Ti Fe和Te2Ti,其显微硬度分别为HV547,HV632,这2种脆性化合物的形成是导致焊接接头强度和韧性下降的主要原因。

S355J2N钢窄间隙激光填丝焊接头力学性能及微观组织研究

以S355J2N钢为研究对象,采用窄间隙激光焊进行焊接工艺试验,研究焊接接头的拉伸强度、弯曲性能、冲击强度、显微硬度以及微观组织。结果表明:焊接接头的拉伸强度、弯曲性能、冲击性能、显微硬度均符合标准要求。母材组织为铁素体和珠光体;焊缝区组织为先共析铁素体沿柱状晶分布,无碳贝氏体沿晶界向晶内平行生长,晶内有针状铁素体、粒状贝氏体和珠光体;热影响区网状晶界明显,其组织特征为板条马氏体及白色小块区域的M-A组织。观察多层焊层的层间区微观组织形貌发现,白色铁素体沿原奥氏体晶界析出,晶内为针状铁素体+粒状贝氏体+珠光体。由此可见,超窄间隙激光填丝焊技术焊接S355J2N材料具有较好的工程应用价值。

不同评定方法对高速列车A7N01铝合金焊接接头疲劳强度的影响

选取我国某类型高速列车常用的A7N01S-T5铝合金焊接对接接头,通过实验获得接头的名义应力S-N曲线以及不同存活率下的疲劳强度。采用仿真分析方法获得接头热点应力、缺口应力,分别采用名义应力法、热点应力法、缺口应力法评定接头的疲劳强度。结果表明,通过应力比R=0的拉-拉轴向加载疲劳试验,接头中值疲劳强度Δσ为45.77 MPa,经过±2倍标准差修正后,95%可靠度的疲劳强度ΔσK为39.89 MPa;接头热点应力集中系数为1.034,热点应力疲劳强度为47.39 MPa;缺口应力疲劳强度为123.03 MPa。缺口应力疲劳强度结果最大,热点应力疲劳强度次之,而名义应力疲劳强度最小。因此用名义应力法评定接头疲劳强度更趋于保守,而热点应力法以及缺口应力法需要全面考虑焊缝的细节因素,更加准确地进行受力分析,才能保证高速列车焊接结构的安全可靠性。

基于临界折射纵波法Q345C焊接接头残余应力检测

基于声弹性理论,采用临界折射纵波法测量12 mm厚Q345C钢对接接头残余应力,测试过程中采用频率2.5 MHz的一发一收探头,获得对接接头不同区域的残余应力分布状态。由于超声在传播过程中材料的微观组织尺寸和形貌会影响超声波的传播速度,通过对焊接接头不同区域分别进行标定,得到各个区域的应力系数K,提高了Q345C钢焊接接头残余应力测试的精度。通过修正焊接接头微观组织差异性对超声波声速的影响,促进临界折射纵波法测试残余应力的工程化应用。

焊接变形的三维扫描测量及热弹塑性有限元分析

基于SMA490BW钢的材料属性,对两种典型拘束状态下的平板对接的焊接变形进行热弹塑性有限元分析。为验证分析的准确性,采用三维扫描对试板的焊后变形进行实测。结果表明,模拟结果与三维扫描实测值的吻合度较高,热弹塑性模拟计算的结果符合平板对接变形的基本规律,证明热弹塑性有限元法能够较为准确地预测焊接变形。

基于固有应变法反应堆压力容器支座焊接变形预测

由于反应堆压力容器支座板厚大、焊缝多,焊接过程中不可避免的会产生焊接变形,如果可以提前对焊接过程中产生的焊接变形进行预测,就能够采取相应的方法在焊接过程中对焊接变形进行控制。基于固有应变法,采用有限元计算的方法对压力容器支座进行了仿真计算,对该结构在焊接过程中产生的焊接变形进行了预测,结果表明:在结构刚度较小的部位均出现较为明显的焊接变形,建议在实际施焊过程中增加适当的支撑来增加结构的刚度,减小焊接变形。对于结构整体焊接变形,可以通过改变焊接方向和焊接顺序来进行改善。

A6061-T6铝合金焊接接头腐蚀行为

A6061-T6铝合金材料是轨道车辆制造的主要结构材料。轨道车辆在线路运行时受运行环境的影响,尤其是沿海、地下潮湿环境对车辆结构容易造成较为严重的腐蚀损伤,进而影响到车辆的安全可靠性。以轨道车辆常用的A6061-T6铝合金焊接接头为研究对象,对焊接接头的腐蚀失重、电化学腐蚀性能进行系统性研究。结果表明:腐蚀失重速率先快速增长,在14 d时达到最大,然后随着腐蚀时间的进一步延长,失重逐渐减小,呈现平稳下降趋势。母材和焊缝在质量分数为5%的不同腐蚀溶液中的自腐蚀电位随Cl^-、SO_4^(2-)、NO_3^-顺序依次变正,而自腐蚀电流随Cl^-、SO_4^(2-)、NO_3^-顺序依次变小。SO_4^(2-)对铝合金的腐蚀加速作用弱于Cl^-而强于NO_3^-。

调修次数对铝合金焊接接头力学性能及微观组织的影响

采用火焰对铝合金焊接接头进行调修矫正是轨道车辆制造工厂普遍采用的工艺手段。A5083-H111,A6061-T6,A7075-T651等3种铝合金材料是轨道车辆制造的主要结构材料,不可避免地存在焊接残余应力及残余变形,因此需要大量地进行火焰调修以确保尺寸精度和残余应力的消除。以轨道车辆常用的A5083-H111,A6061-T6,A7075-T651铝合金焊接接头为研究对象,采用温度为200℃火焰对3种铝合金焊接接头进行多次调修,研究不同调修次数对铝合金焊接接头微观组织及力学性能的影响。研究结果表明:不同调修次数对A5083-T111铝合金焊接接头的各项拉伸性能及疲劳性能均无明显影响。不同调修次数对A6061-T6铝合金对接接头拉伸及疲劳性能均有显著的影响。随着调修温度的上升和调修次数的增加,A6061-T6铝合金对接接头拉伸及疲劳性能均呈一定幅度的下降。不同工艺条件下热影响区组织差异较大,热影响区晶粒的长大导致了焊接接头性能的下降。随着调修次数的增加,A7075-T651铝合金对接接头的抗拉强度和屈服强度下降均很明显,但伸长率几乎没任何变化,同时疲劳性能随着调修温度的上升和调修次数的增加而下降。

Y25型转向架侧梁焊接变形热弹塑性有限元分析

针对低合金结构钢材料的特点,采用热循环曲线法对Y25型转向架侧梁的焊接变形进行仿真计算,该方法不考虑相变的影响,研究装夹部位对焊接变形的影响。结果表明:约束位置对焊接变形的影响较大,不同约束位置下的平均角变形变化高达63.47%;在能进行正常施工的条件下,采用优化的夹持位置能有效地减小焊接变形量。因此,在制定焊接工艺时应把夹具约束的位置作为重点影响因素考虑。

高寒列车用6005A-T6铝合金焊接接头低温性能研究

文中针对高寒列车用6005A-T6铝合金焊接头,在常温、0,-25,-40,-50℃条件下,通过金相、硬度、拉伸、弯曲、疲劳等试验,探究了其接头的力学性能。研究结果表明,6005A-T6铝合金焊接接头微观组织特征明显,硬度值呈典型的"W"形分布,弯曲试样均未发现明显裂纹或开裂;随着温度的降低,其抗拉强度略有提高,而断后伸长率变化并不明显;接头疲劳断裂发生在焊缝区,温度的降低不能显著提高接头疲劳性能。

环境温度对A6N01铝合金焊接接头疲劳性能的影响研究

不同温度下焊接出的试样焊缝晶粒差别很大,而晶粒的大小对性能有着很大的影响。研究了不同环境温度对A6N01铝合金焊接接头抗拉强度以及疲劳性能的影响。研究结果表明,不同的环境温度并没有对焊接接头的疲劳断裂机理产生本质上的改变。但对接头的疲劳循环周次产生了一定的影响。在导致接头疲劳极限降低的因素中,在环境温度≥0℃时,应力集中占到了主导作用,而在环境温度≤0℃时,焊接冶金缺陷占到了主导作用。

Y25型转向架多层多道的焊接变形数值模拟

针对Y25型转向架的焊接工艺特点,采用焊接数值模拟软件SYSWELD,通过热弹塑性有限元方法,对Y25型转向架侧梁进行了热弹塑性有限元模拟,得出了采用不同焊接方向时侧梁的变形规律。结果表明,在几种焊接方向下侧梁发生的变形趋势基本一致,但在不同的焊接方向下产生的角变形平均值变化率达到了7.82%,该变化率与选取的模拟方向有关;在不进行对称焊接的情况下,改变焊接方向不可能完全改变焊接变形的趋势。

螺栓横向剪力的超声检测

介绍了螺栓轴向应力检测的原理,设计了一种受剪夹具,采用超声检测法研究了在不同扭矩下剪力和时延的线性关系。结果表明,在不同扭矩下,剪力与时延呈线性关系,但斜率不一样,可为超声波法测量螺栓剪力提供依据。

表面耦合状态对A7N01铝合金残余应力检测误差的影响

超声波法检测轨道车辆残余应力时,由于被检测部位的表面附着物、表面粗糙度、表面弧度的差异会造成检测结果出现很大误差,这对有效评判被检测部位的残余应力峰值及分布会产生很大影响。基于上述考虑,以轨道车辆常用的A7N01铝合金为研究对象,从表面附着物、表面粗糙度、表面弧度3个方面系统研究表面耦合状态对残余应力检测误差的影响。结果表明:表面存在圆弧过渡时,应采用修正后的圆弧探头;使用砂纸对喷砂面适度打磨,可以提高超声法应力测试精度,但过度打磨会破坏喷砂层或者形成新的附加机械应力层,对测试结果产生明显影响;超声法可对涂装油漆件直接进行应力测试,油漆层对t_0影响极其明显,但K值与第一临界入射角影响不大,所以必须修正t_0大小。