高速列车铝合金材料焊接热裂纹倾向研究

论文摘要

铝合金制品具有质轻、美观和耐蚀性好等特点,已成为高速列车车体的首选材料。国产铝合金高速动车焊接结构在焊接制造加工中,热裂倾向大,尤其是在熔化焊工艺中,热输入量大,热裂问题非常突出。本文通过一系列试验和数值模拟计算,研制了专用试验装置,对高速列车A6N01S铝合金材料的焊接热裂纹倾向性形成和机理进行了深入研究。通过对热裂纹断口横截面扫描电镜观察、纵向载面能谱分析、高温热模拟试验下的断口观察,证实A6N01S铝合金焊接热裂纹形成的微观机制是:在焊缝中心冷却后期的液态薄膜和焊接升温过程中热影响区内第二相Mg2Si组分液化形成的液态薄膜,在较小的外加应力作用较快的加载速度下,发生晶界分离导致开裂。在相同外界的应力拘束条件下,不同材料的热裂纹敏感性决定因素是其高温的塑性储备。根据焊接热裂纹的产生的冶金机理和力学条件,设计了专用快速测试材料热裂纹倾向性的装置,通过试验测试,证明研制的焊接热裂纹倾向测试装置具有简便、快速、高精度、定量等一系列优点,可以定量检测出母材、焊丝与母材匹配的热裂倾向,具有很好的通用性和实用性。通过数值模拟中温度场分析与试验温度场的测量进行比较,验证了两者的一致性,并确定了试验装置在试验中的相关参数。在已知热裂倾向的材料试验中,验证了装置测试的准确性。利用研制的热裂纹倾向试验装置,对日本产Jk、国产K4、N7、M3四种A6N01S铝合金材料焊接热裂纹倾向性进行了检测和评定,结果表明日本材料Jk的裂纹总长度及最大裂纹长度在四种材料中处于较低水平,且裂纹总长度随变形速率变化不明显,是四种材料中热裂纹倾向最低的材料;利用自行研制的专用装置进行了系列裂纹倾向检测试验,在不同试验速度区间内,形成了选材的标准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及选题意义
• 1.2 采用模拟方法对焊接热裂纹的研究现状
• 1.2.1 数值模拟法
• 1.2.2 热模拟法
• 1.3 采用试验方法对焊接热裂纹的研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 试验材料及热裂纹产生机理分析
• 2.1 试验材料
• 2.2 A6NO1S 铝合金焊接热裂纹机理研究
• 2.2.1 焊接热裂纹基础理论
• 2.2.2 断口分析
• 2.2.3 热影响区晶间液膜形成原因分析
• 2.2.4 其它影响因素
• 2.3 本章小结
• 第3章 热裂纹倾向试验装置研制
• 3.1 设计思想
• 3.2 热裂纹试验装置的总体设计
• 3.2.1 机架结构
• 3.2.2 传力换向机构
• 3.2.3 工作平台
• 3.2.4 测速装置
• 3.2.5 报警装置
• 3.3 热裂纹试验装置试验方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 数值模拟确定试验参数及可行性验证
• 4.1 试验装置有限元模型的建立
• 4.1.1 几何模型的建立
• 4.1.2 网格划分
• 4.1.3 材料性能参数
• 4.1.4 初始条件
• 4.2 热裂纹装置试验过程的模拟仿真
• 4.2.1 焊接热分析
• 4.2.2 温度场测量验证
• 4.2.3 结构场分析
• 4.3 已知热裂纹倾向材料试验测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 A6NO1 铝合金热裂纹倾向性测试
• 5.1 不同厂家A6NO1S 型材热裂纹倾向性测试
• 5.1.1 试验方案
• 5.1.2 试验结果
• 5.1.3 对比分析
• 5.2 相同母材不同焊丝热裂纹倾向性试验
• 5.2.1 试验材料及方法
• 5.2.2 试验结果与分析
• 5.3 相同焊丝不同母材热裂纹倾向性试验
• 5.3.1 试验材料及方法
• 5.3.2 试验结果与分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 读学位期间发表的学术论文及其它成果
• 致谢