高速转向架T型接头焊趾TIG重熔工艺研究

论文摘要

随着铁路第六次提速,铁道客车转向架疲劳断裂问题越来越显得突出。本文是基于现行的转向架制造工艺提出MAG焊后增加一道TIG重熔工艺,研究新工艺对T型接头疲劳强度的改善作用。TIG重熔工艺是用钨极氩弧焊方法在焊接接头的过渡部位重熔一次,使焊缝与基本母材之间形成平滑过渡。国内外的研究均表明,TIG重熔可大幅度提高焊接接头的疲劳强度,国际焊接协会（IIW）推荐此法来提高焊接结构的疲劳强度,广泛运用海洋平台及船舶、汽车车身、钢结构桥梁等。通过对焊态、焊后消应力处理、焊后消应力处理+表面喷丸处理、焊趾TIG重熔、焊趾TIG重熔+消应力处理+表面喷丸等五组T型接头三点弯曲疲劳实验得出S-N曲线。分析新工艺提高了T型接头疲劳强度的原因,即焊趾处应力集中系数下降,焊缝处表面状态的改变和焊趾部位微观组织晶粒细化等原因。由于T型接头焊缝处的残余应力是影响接头疲劳强度主要因素之一,因此利用商用有限元软件ANSYS模拟了T型接头MAG焊和TIG重熔两种状态下的焊趾处和焊逢处的残余应力分布,计算表明TIG重熔后焊趾处纵向拉应力较焊态下有所提高,给TIG重熔后增加退火和喷丸处理提供了理论依据。经过本课题的研究表明采用新工艺可以明显地提高T型接头疲劳强度,满足了铁路提速对转向架疲劳强度的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 铁道客车转向架技术及其发展现状
• 1.3 影响焊接结构疲劳强度的主要因素
• 1.3.1 应力集中对焊接结构疲劳强度的影响
• 1.3.2 焊接残余应力对焊接结构疲劳强度的影响
• 1.4 改善焊接结构疲劳强度的工艺方法
• 1.4.1 改善焊趾几何形状降低应力集中的方法
• 1.4.2 调整残余应力场产生压缩应力的方法
• 1.4.3 降低应力集中并形成压缩应力的方法
• 1.5 TIG 重熔工艺的发展与应用
• 1.5.1 TIG 重熔工艺研究现状
• 1.5.2 TIG 重熔工艺的应用
• 1.6 课题主要研究内容
• 第二章 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 T 型试板的焊接工艺
• 2.2.2 焊趾TIG 重熔工艺
• 2.2.3 消除应力退火处理工艺
• 2.2.4 预应力表面喷丸处理工艺
• 2.2.5 焊趾残余应力测试
• 2.2.6 三点弯曲疲劳试验
• 2.2.7 微观组织分析
• 本章小结
• 第三章 试验结果与讨论
• 3.1 焊态下的疲劳试验结果
• 3.2 现行工艺过程中的主要工艺方法对接头疲劳性能的影响
• 3.2.1 焊后退火处理工艺
• 3.2.2 焊后退火+喷丸处理工艺
• 3.3 焊趾TIG 重熔工艺对接头疲劳性能的影响
• 3.4 新工艺处理方法对接头疲劳性能的影响
• 3.5 结果讨论
• 3.5.1 焊趾应力集中系数
• 3.5.2 焊趾部位微观组织
• 3.5.3 焊趾表面状态
• 本章小结
• 第四章 焊趾TIG 重熔对接头残余应力场的作用
• 4.1 焊接残余应力对接头疲劳性能的影响
• 4.2 焊趾部位残余应力及分布的数值计算
• 4.2.1 计算模型及求解
• 4.2.2 温度场
• 4.2.3 应力场
• 4.2.4 焊态与TIG 重熔后的残余应力分布
• 4.3 焊趾部位残余应力测试结果
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢