轨道车辆铝合金长大薄壁脉冲复合磁控高效弧焊工艺研究

利用外加磁场改善电弧焊焊接工艺,具有成本低、附加耗能少、易操作等优点,已成为当今研究的热点之一。针对高速MIG焊时焊缝成形不良及焊接接头质量差等问题,在焊枪上装配一紧凑型脉冲复合磁场发生器,同时调控电弧和熔滴的左右摆动及前倾行为;并开展不同焊接参数下的铝合金车体长大薄壁型材对接接头焊接工艺试验,以研究高速焊条件下的最佳焊接工艺。研究发现,对于铝合金车体焊缝,励磁参数为8A、120 Hz,焊接参数为265A、23.5 V、1.2 m/min时,焊缝成形质量最佳。利用金相显微镜以及背向散射电子衍射(EBSD)技术表征了不同焊接参数下焊接接头的微观组织,分析了外加脉冲复合磁场对焊接接头组织的影响。结果表明,在高速焊接条件下(>1.0 m/min),焊接接头的晶粒相较于常规焊速时明显粗化,且熔合区宽度有所增加。然而,引入脉冲复合磁场后,晶粒尺寸和熔合区宽度均降低至与常规焊速相当的水平。开展不同焊接参数下的焊接接头力学性能测试,结果表明,外加脉冲复合磁场对焊接接头的机械性能具有显著的改善作用,焊缝区的平均硬度提高了21.37%,而接头的平均抗拉强度达到187 MPa,与传统焊接速度时的193 MPa相当接近。在保证焊缝成形质量和接头机械性能的前提下,最终将焊接速度从0.75 m/min提高到1.2 m/min,实现了优质高效的焊接过程。

基于焊接速度的6082铝合金FSW接头组织与力学性能调控研究

为研究焊接速度对6082铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头微观组织和力学性能的影响,并建立基于焊接速度的FSW接头组织与性能调控规律。通过金相观察、电子背散射衍射(EBSD)分析、硬度测试、室温拉伸和弯曲试验等手段,对四种不同焊接速度(500 mm/min、750 mm/min、1000 mm/min、1250 mm/min)下FSW接头的微观组织和力学性能进行表征。结果表明,随着焊接速度的增大,FSW接头的微观组织发生显著变化。焊核区(NZ)发生连续动态再结晶,形成细小的再结晶晶粒组织,其平均晶粒尺寸从3.8μm减小至2.3μm,再结晶分数从83%减小至57.3%;热机影响区(TMAZ)发生部分动态回复和部分动态再结晶,晶界处出现少量细小等轴晶粒,晶内形成大量亚晶组织。亚结构比例和小角度晶界比例显著增加,分别为69.2%和60.1%;受焊接热影响,热影响区(HAZ)相比母材区(BM)的晶粒尺寸略有增大,再结晶程度和晶界角度分布与母材相似。力学性能方面,随着焊接速度增大,FSW接头硬度最低值从72.3 HV增大至81.2 HV,焊接系数从74.7%提升至89.0%,热影响软化区明显缩小,但在1250 mm/min焊速下FSW接头背弯试样产生裂纹。基于焊接速度的调控模式,1000 mm/min焊接速度下FSW接头具有最优的力学性能。

高速列车铜合金管路密封连接绿色感应钎焊技术研究

为解决传统火焰钎焊和高温银钎料存在的质量问题、环境污染、安全风险、成本高昂等问题,研究了一种适用于高速列车铜合金管路密封连接的绿色钎焊技术。采用低银复合钎料BAg34CuZnSn复合钎料和感应钎焊技术,对TP2Y2紫铜管套接接头进行钎焊连接,通过OM、SEM、EDS及拉伸试验等分析测试方法,分析了复合钎料感应钎焊紫铜管钎缝形貌、钎料填充深度、钎焊接头界面组织、力学性能以及钎焊热循环对紫铜管组织性能的影响。结果表明,在输出功率40 kW、钎焊电流100A和钎焊时间40 s的条件下,钎料能够完全有效填缝,实现TP2Y2紫铜管套接接头的密封和高强连接,钎缝外观光滑、连续,母材无凹陷性熔蚀。钎缝组织主要由Ag固溶体和Cu固溶体组成,钎缝组织连续致密,无气孔、裂纹等缺陷。紫铜管钎焊接头的平均抗剪强度达到222.7 MPa,能够满足大熔深铜管结构的可靠连接。

轨道客车连接技术难题及发展趋势

随着轨道交通产业的快速发展,对列车的核心指标提出了更高的要求。车辆用材料强度级别不断提高、厚度不断减薄,合金成分更加复杂,以碳纤维为代表的轻质复合材料,在车辆部件中的应用逐步扩大。三维复杂结构、超薄壁及大差异异质连接需求不断增加,对连接技术提出了新的挑战。文中剖析了传统连接方式在质量、成本、效率等方面存在的不足,提出了轨道客车连接技术的发展趋势。通过在电弧焊、电阻焊等传统方法上叠加新的能量场,实现了焊接质量及作业效率的提升;通过开发激光焊、激光-电弧复合焊等高能密度热源焊接方法,解决了长大、薄壁部件的高强韧、高精度连接难题;通过开发搅拌摩擦焊、感应钎焊等绿色焊接技术,改善了焊接作业环境,降低焊接能耗;随着机器人及信息技术的快速发展,数字化、智能化的连接制造模式渐成主流;通过焊接-粘接-铆接-栓接等多种连接方法综合运用,解决了多材料体系下的异质连接难题。

高速列车制造焊接技术应用展望

高速列车制造产业的发展将带动国内焊接技术的研究和新型焊接技术的推广。介绍了高速列车车体结构,高速列车发展对焊接技术发展的需求,概括了目前存在的问题。针对高速列车焊接技术的发展要求,对新型电弧焊技术、焊接材料等方面的需求进行了总结,提出了归纳建议,并且对发展方向进行了预测。

轨道车辆不锈钢车体自动点焊装置的开发及工艺研究

结合轨道车辆通长滚压梁连续规则的点焊作业特点,在车下狭窄的作业空间内,将通用的手工一体化焊钳集成于自主开发的移动小车上形成自动化点焊专机,通过控制小车的行进距离、升降高度和焊接时间等参数,实现点焊位置和过程的自动控制,实现通长滚压梁的连续点焊。经过焊接工艺试验、现场工作试件以及现车生产等严格的工艺验证,集成后的自动点焊装备焊接质量稳定,设备性能可靠,提高了焊接生产效率,节约了投资成本,提升了轨道车辆不锈钢车体的制造水平。

不锈钢车体的焊接工艺及发展

从不锈钢车体的设计结构和焊接特点出发,介绍了不锈钢车体的焊接工艺;结合国内外新兴焊接技术的发展,阐述和展望了不锈钢车体制造的新工艺。

高速列车用铝合金型材激光-MIG复合焊工艺特性和接头性能

激光-MIG复合焊是实现高速列车铝合金车体优质、高效、低成本焊接制造的理想技术。针对高速列车铝合金车体用的3 mm厚6A01-T5铝合金型材,开展激光-MIG复合焊工艺试验,研究工艺参数对焊缝成形及气孔缺陷的影响规律,分析接头的组织特征、硬度分布、拉伸及疲劳性能。结果表明:在满足焊缝熔透条件下,较小的激光功率、较小的电弧电流或较低的焊接速度有益于减少气孔缺陷;接头组织从焊缝中心到母材依次是等轴晶区、柱状晶区、半熔化区、过时效区和母材区,相比电弧主要作用区,激光主要作用区的等轴晶尺寸更小且半熔化区宽度更窄。接头存在软化现象,焊缝区硬度最低,热影响区宽度约1.5 mm;接头的平均抗拉强度达197.5 MPa,为母材抗拉强度的80.6%,试样断裂于焊缝区,表现为明显的韧性断裂特征;接头的疲劳强度为93.5 MPa,裂纹萌生于焊缝表面的组织疏松处,裂纹扩展区断口呈现明显的韧性断裂和脆性断裂的混合断裂特征。

不锈钢薄板搭接激光软钎焊接头组织与性能

采用激光对304不锈钢薄板搭接缝进行软钎焊,并对钎缝组织与力学性能进行了研究.工艺试验结果表明,当激光束倾角为60°和离焦量为300 mm时,能够有效降低激光束的热输入,实现304不锈钢薄板搭接缝的无变形钎焊,填缝深度可达5 mm,钎缝外观成形光滑、饱满,颜色与母材相近,无需涂装.钎焊接头分为不锈钢母材区、钎缝区、不锈钢母材区3个区域,钎缝区和母材区的边界清晰且明显,钎缝组织连续致密,无气孔、裂纹等缺陷.钎缝显微组织主要由黑色固溶体相、大菱形块状白色相和短棒状白色相组成,分析认为3种相分别为锡基固溶体相、SnSb相和Cu_(6)Sn_(5)相.钎料和母材之间形成约1~2μm金属化合物FeSn_(2)扩散层.钎缝的平均抗剪强度测试结果为39 MPa,能够满足不锈钢薄板搭接缝的工程应用.

冷喷涂技术在增材修复中的应用现状与展望

冷喷涂作为一种固态材料沉积技术,近年来成为增材制造和再制造领城热点研究和应用方向。文章介绍了冷喷涂技术的原理,总结了其主要工艺参数及对沉积层性能的影响规律,重点探讨了冷喷涂技术在航空装备舰船装备及陆运装备领域局部损伤零部件修复方面的应用现状,围绕丰富粉末材料体系、提升沉积层性能、开发专用辅助装备以及建立健全标准体系等方面阐述了冷喷涂技术的发展前景和挑战,期待为丰富轨道交通装备的制造及修复技术手段提供有益借鉴。

基于PGA法的轨道客车胶黏剂耐老化性能评估

基于多种人工加速老化试验,通过PCA法(主成分分析法)研究加速老化试验的隐性关联性以提取综合老化指数,统一维度评价了轨道客车胶黏剂在不同基材表面的综合耐老化性能,为不同场景胶黏剂选型提供了数据支撑。

TC4钛合金激光-MIG复合焊接头组织性能

采用激光-MIG复合焊接方法实现了3 mm厚TC4钛合金的焊接,并研究了焊接接头的组织特征、硬度分布、拉伸性能和耐蚀性能。研究结果表明:激光-MIG复合焊接可以实现TC4钛合金的高质量焊接,焊缝成形良好,无明显缺陷;焊缝中心为粗大的β相柱状晶,晶内为细小的针状α′马氏体;热影响区主要为等轴状的α相+β相+α′马氏体,随着远离熔合线,晶粒越来越细且α′马氏体含量越少;焊缝区硬度最高、热影响区硬度次之,母材区硬度最低,且热影响区粗晶区硬度高于细晶区硬度;焊接接头平均抗拉强度为1069 MPa,平均断后伸长率为5.3%,试样均断裂在靠近热影响区的母材区域,断口呈现塑性断裂特征,同时焊接接头的耐蚀性能略高于母材。

CFRP层压板的超声检测

为更好地检测出碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)中的分层缺陷,特别是近表面缺陷,采用直探头、延迟块探头、水浸点聚焦探头和双晶探头对CFRP层压板进行A扫描、B扫描和C扫描成像检测对比试验。试验结果表明,4种检测技术均能有效检测出2.5 mm厚对比试块中的分层缺陷,且可有效识别出近表面0.4 mm深和远表面2~3铺层之间的缺陷;采用直探头、延迟块探头和水浸聚焦探头在检测时会形成界面波,对近表面缺陷成像造成干扰,而双晶探头盲区小,定量准确,无界面波干扰,对CFRP层压板近表面缺陷检出率高,检测更可靠。

表层组织状态对6005A铝合金MIG焊接头液化裂纹及疲劳性能的影响

采用扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射和高周疲劳试验,研究了表层组织状态对轨道交通用6005A铝合金MIG焊接头液化裂纹及疲劳性能的影响.结果表明,粗晶组织晶界附近第二相粗大,导致热影响区晶界液膜厚度达到8~10μm,使得液化晶界抵抗拉应力的能力降低,从而对液化裂纹缺陷更敏感.因表层粗晶组织形成的液化裂纹成为疲劳过程中可能的裂纹源,对接头疲劳性能产生不利影响.改善母材表层粗晶组织可以抑制液化裂纹的形成,提高接头疲劳性能.在1×10^(7)循环周次下,表层粗晶接头疲劳强度为93 MPa,表层细晶接头疲劳强度为107 MPa.

大型点焊机器人特种作业程序镜像修正技术研究

以不锈钢列车车体点焊机器人作业路径规划编程为研究对象,针对车体对称部件,如左右侧墙点焊的问题,提出点焊路径规划编程镜像的方法,引入X,Y,Z主轴以及龙门架E1轴系统偏差的修正和A,B,C旋转轴镜像处理的方法来调整焊钳位姿同时对焊接路径点焊位置修正镜像,并依据镜像规则在Windows环境下使用VC++语言开发了镜像程序生成器。通过仿真结果表明,该软件生成的镜像程序可与作业基准点完美衔接,最后在车间复杂环境下的实际运行验证了该方法的有效性。

异种铝合金铆接接头腐蚀疲劳行为研究

用质量分数为3.5%的NaCl溶液70℃腐蚀5 mm厚6082-T6/6005A-T6异种铝合金铆接接头,研究其疲劳破坏行为。结果表明:空气中铆接接头疲劳极限为4.48 kN,失效位置为铆体帽沿根部;腐蚀介质中铆接接头疲劳极限为3.6 kN,腐蚀疲劳载荷大于4 kN时,失效位置与空气中一致,低于4 kN时疲劳裂纹始于6005A侧母材表面约500μm厚的粗晶层,且沿晶开裂。去除粗晶层制成的铆接接头腐蚀疲劳极限为3.97 kN,疲劳载荷低于4 kN时,裂纹始于表面细晶,并存在约50μm沿晶开裂。腐蚀环境改变了铆接接头疲劳失效模式,6005A铝合金与异种材质相比在腐蚀介质中腐蚀电位最低,表层晶粒尺寸和晶界析出相是影响铆接接头腐蚀疲劳性能的主要因素。

不锈钢激光搭接焊接头失效机理研究

某不锈钢激光搭接焊车体在使用过程中出现焊缝断裂的现象。为研究激光搭接焊焊缝尺寸及缺陷对其性能的影响以及焊缝断裂失效机理,对从焊板上取下的焊接接头进行宏观组织检查、剪切拉伸试验、硬度测试以及疲劳分析等。研究结果表明,剪切强度与熔宽相关性(R^2=0.615)高于剪切强度和熔深的相关性(R^2=0.424),剪切强度与板间距的相关性(R2=0.114)最差,熔深小于250μm时,熔深增加,熔宽也增加,剪切强度也伴随着增加,熔深大于250μm时,熔深增加,熔宽和剪切强度保持相对稳定,焊缝中存在的未熔合缺陷是影响焊缝剪切强度和疲劳性能的主要因素。

热空气老化对橡胶地板布焊接接头性能的影响

研究热空气老化(70℃×14 d)对焊接参数不同的Ⅰ和Ⅱ组橡胶地板布焊接接头性能的影响以及进行焊接接头焊缝的差示扫描量热(DSC)和拉曼光谱分析。热空气老化试验得出,Ⅰ组橡胶地板布焊接接头的拉伸试样从焊缝处熔断,Ⅱ组橡胶地板布焊接接头的拉伸强度减小12%;DSC分析得出,Ⅰ组橡胶地板布焊接接头焊缝在65.6℃时热流率发生转变,在67.2℃时存在明显吸热峰,即焊缝发生粘流态转变,Ⅱ组橡胶地板布焊接接头焊缝和Ⅰ组橡胶地板布焊接接头母材在25~110℃中均未见明显吸热峰;拉曼光谱分析得出,热空气老化后Ⅰ组橡胶地板布焊接接头焊缝在1056和1118 cm-1处的特征峰强度明显减小,这是热空气老化过程中橡胶分子链发生交联与裂解反应导致的。

激光焊接技术在不锈钢轨道客车制造中的应用与展望

"十二五"期间,不锈钢轨道客车装备制造业发展迅速。传统的电阻点焊存在车体外观质量不高、结构气密性较差以及点焊生产效率较低等难以克服的局限性,采用部分熔透激光搭接焊取代电阻点焊进行不锈钢车体焊接的技术优势明显。结合轨道客车激光焊接的技术特点,围绕不锈钢车体的零件精密成型、部件精细组装、无痕焊接工艺、智能质量监控及无损检测方法等形成了一系列的核心技术、关键装备和标准规程,建立了不锈钢轨道车辆激光焊接生产线和制造工艺体系,分析大规模激光焊接制造不锈钢车辆的主要技术问题,并对激光焊在轨道客车制造行业的应用前景进行预测和展望。

铝合金部件裂纹缺陷的多通道涡流检测仿真与试验研究

铝合金由于优良的材料特性,在航空航天、轨道交通等行业得到了广泛应用。在服役过程中由于应力、疲劳载荷等因素的影响,铝合金部件表面易产生疲劳裂纹从而造成安全隐患。多通道涡流检测技术作为常规涡流检测技术的扩展,以其检测灵敏度高、检测范围大的优势而广泛应用于金属构件的探伤。通过建立铝合金平板涡流检测仿真模型,对涡流检测线圈的几何参数、激励电压及激励频率等进行仿真与优化。根据仿真结果研制了四通道涡流检测探头并开展了检测试验。结果表明,涡流检测探头的四个通道具有较好的一致性,对于铝合金平板试块上深度为0.2mm的人工刻槽具有良好的检测效果。