浅谈振动时效工艺及其在货车检修中的应用

振动时效技术在国外被称为振动消除应力技术(VSR),它是消除金属结构中残余应力的一种新方法.大量的实验研究和应用研究证明:振动时效不但可以提高铸件或焊件的尺寸稳定性,而且可以较好地降低和均化焊件的残余应力,减少焊接裂纹,有效地提高焊件的疲劳寿命.     

转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的影响因素

对转向架用SMA490BW钢焊接试样,采用冲击电流为1.5A、冲击时间分别为5,10,15或20min的超声冲击、低温热处理、机械打磨(磨平焊缝余高、打磨焊趾)的处理方法,通过残余应力测试和超声疲劳试验,对比分析应力集中、晶粒细化、残余应力等因素单独作用时对焊接接头超高周疲劳性能的影响程度,并借助扫描电镜观察疲劳断口,分析焊接接头超声冲击前后的裂纹萌生位置变化及失效模式。结果表明:经超声冲击或机械打磨后,焊接试样的疲劳寿命均得到不同程度的提高;磨平焊缝余高对提高焊接接头疲劳寿命最为显著,较原始焊接试样其疲劳寿命可提高约86.4倍;改善应力集中、细化表层晶粒、引入残余压应力对延长焊接接头寿命的贡献比分别约为59%,28%和13%;焊态及冲击态试样的疲劳裂纹大多萌生于焊趾表面,部分冲击态试样的裂纹转而从表面的机械加工的缺陷处萌生,少数从材料内部缺陷处萌生并扩展至断裂失效。     

焊前喷砂和焊后热处理对焊接残余应力的影响

用钻盲孔法,研究了转向架用低合金结构钢对接焊试板焊接残余应力的分布、焊前喷砂处理和焊后热处理对焊接残余应力松弛的影响.结果表明,在焊缝区及热影响区存在高焊接残余拉应力,且纵向应力远大于横向应力;焊前喷砂处理能使母材表面形成较大的残余压应力;焊后热处理能够显著降低焊接残余应力,纵向残余应力σx松弛率基本在75%～97%之...     

重载铁路钢轨铝热焊接头S形断裂失效原因分析

采用扫描电子显微镜、光学显微镜、直读光谱仪、布氏硬度计对重载铁路钢轨铝热焊接头S形断裂件的断口微观形貌、金相组织、化学成分、硬度进行了检验分析。结果表明:铝热焊接头伤损属于起源于轨腰焊筋表面缺陷处的纵向裂纹引起的钢轨S形断裂;轨腰焊筋尖端表面存在大尺寸疏松缺陷是轨腰纵向裂纹产生的主要原因;同时焊缝内部存在缩孔和大量疏松缺陷,降低了焊缝强度,促进了裂纹的快速扩展,最终导致脆性断裂。     

大秦铁路重车线U78CrV钢轨锈蚀断裂原因分析

针对大秦铁路重车线U78CrV钢轨锈蚀断裂的问题,分析了钢轨锈蚀的原因,然后对不同材质钢轨的耐蚀及抗断裂性能进行试验研究,对钢轨断裂原因进行了探讨。试验结果表明:隧道漏水会导致局部钢轨轨底锈蚀;冬季使用含有Cl-的防冻液则会加剧钢轨的锈蚀;曾出现过断轨的U78CrV钢轨和其他材质钢轨相比有着相对较差的耐应力腐蚀性能及抗断裂性能;钢轨轨底在环境因素的影响下发生锈蚀并形成锈蚀坑,在钢轨内部拉应力(温度应力及残余应力)以及大轴重列车通过钢轨时产生的动弯曲应力的作用下,轨底锈蚀坑会成为应力集中点而形成裂纹源,当钢轨材质抗断裂性能不足时裂纹扩展较快,最终导致断裂。     

超声冲击处理对铸钢件焊接残余应力的影响

以B级钢( ZG25 MnNi)焊接结构为对象,对混合气体保护焊焊缝进行了全覆盖超声冲击试验,研究了超声冲击处理对焊接残余应力的影响.焊接残余应力测量结果表明:焊后进行的焊缝全覆盖冲击可以在焊缝表面以下一定深度有效地引入有益的压应力层,从而改善焊接残余应力分布;超声冲击处理对焊接接头残余应力的改善效果强于采用焊前预热等处理工艺;焊前预热和焊后缓冷措施将在一定程度上降低超声冲击后的焊缝不同区域产生的残余压应力.     

超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能

为提高转向架焊接构架焊接接头的超高周疲劳性能,分别采用不同冲击参数和冲击方式下的超声冲击和机械打磨,处理动车组转向架用SMA490BW钢的焊接接头,并利用超声疲劳试验系统测试处理前后焊接接头的超高周疲劳性能。通过残余应力测试、金相组织和断口形貌观察,分析用超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明:在330 MPa应力条件下原始焊态接头的平均疲劳寿命约为0.252×107周次,经机械打磨后疲劳寿命可提高至1.232×107周次,提高约5倍;在2.0A冲击电流下对焊趾及焊根处进行20min的局部超声冲击后,其疲劳寿命可达4.978×107周次,提高约20倍;残余压应力的引入、表层晶粒的细化和焊趾外形的修整是焊接接头疲劳性能得到提高的主要原因;焊接接头经过超声冲击强化后,疲劳裂纹的萌生位置可能从焊趾或焊根处转移到材料表面其他缺陷处。     

焊补灰铸铁件裂纹时焊接方法对残余应力的影响

实践表明:在焊补箱形铸件上的裂纹时,残余应力水平不足以抵销其挠曲变形。残余应力水平取决于焊接技术,而其变化特性对于所有的焊接技术装备而言是同样的。焊缝的拉伸和剪切变形功取决于焊接方案,同时它也决定了靠近焊缝处是否会出现裂纹的可能性。     

牵引电机转轴焊修裂纹的控制

从３５ＣｒＭｏ材料的热应力、组织应力和性能变化等方面探讨了路用牵引电机转轴在堆焊修理时产生裂纹的机理，阐述了采用焊前预热、焊中保温、焊后回火解决裂纹的原理，提出了具体的实施工艺。     

高速列车空心轴表面裂纹前缘应力强度因子解析模型

高速列车运行中其车轴可能受到硬物的高速冲击造成缺口,由于缺口所造成的应力集中会在车轴表面萌生疲劳裂纹,如果没有及时发现而继续使用,车轴会受到扰动载荷的作用,导致表面裂纹不断扩展,直至发生断裂。对车轴的疲劳断裂问题进行研究时,可通过应力强度因子进行断裂安全分析。由于空心轴的使用越来越广泛,其裂纹扩展问题也成为了研究的重点。空心车轴与实心车轴相比,表面裂纹情况更加复杂,无法利用已有公式计算出应力强度因子的解。通过对实心轴表面裂纹应力强度因子解析式进行修正,得出空心轴表面裂纹应力强度因子,将其与Carpinteri通过有限单元法得到的应力强度因子进行比较。结果表明,空心轴半椭圆表面裂纹应力强度因子解析模型具有较高的精度,为空心轴裂纹扩展的进一步研究提供了参考。     

残余压应力对车轴表面裂纹扩展的仿真研究

为了研究残余压应力对裂纹扩展的影响，通过子程序引入初始残余压应力，利用裂纹扩展仿真技术XFEM与VCCT相结合的方法进行裂纹扩展仿真计算，证实了残余压应力对裂纹扩展有显著的抑制作用；基于Zencrack仿真软件，结合S38C材质车轴试验得到的裂纹扩展参数，预测了CRH2型动车组用S38C材质车轴裂纹扩展寿命，并提出了车轴裂纹检测周期建议。     

推凸质量对钢轨焊头使用性能的影响

对取自成昆线的气压焊和闪光焊接头处的断裂钢轨试件进行了金相、硬度、宏观断口和微观断口分析,以研究焊接接头断裂原因。金相和硬度分析未发现明显异常组织出现和硬度分布,断口分析表明试件均为疲劳断裂,裂纹源位于焊瘤趾部或焊瘤内部靠近轨腰表面处。     

磁弹性法无损测试转向架残余应力分布的试验研究

利用磁弹性法研究了转向架构架焊接残余应力的分布和焊后热处理对焊接残余应力消除的影响,讨论了适合生产实际的焊后热处理条件.结果表明,焊缝区存在着高焊接残余拉应力,且纵向应力远大于横向应力,丁字形焊缝区产生应力极大值;焊后热处理能显著降低焊接残余应力,并且焊后热处理温度越高,消除效果越好,选择630℃、2.5 h进行焊后热处理时,残余应力平均消除率可达到56.6%.     

铁路货车制动管焊接残余应力测试与焊接组装工艺改进

应用钻孔法对脱轨阀制动管进行了焊接残余应力测试，测试结果表明原焊接工艺条件下，由于制动管管身端部在焊接热的作用下伸长变形受到限制，加剧了焊缝处的径向收缩变形，导致焊趾处产生较大的残余拉应力，在外载荷的二次应力作用下，制动管焊趾处承受了较大的拉应力，增加了制动管焊缝处的疲劳破坏几率。通过对焊接组装工艺改进，降低了制动管焊后焊趾处的残余拉应力，可有效提高制动管疲劳寿命。     

轨道交通车辆铝合金地板FSW与MIG焊残余应力对比分析

运用超声波残余应力无损检测技术,对轨道交通车辆6005A-T6铝合金地板典型部位搅拌摩擦焊(FSW)与熔化极氩弧焊(MIG)的焊后残余应力情况进行对比分析。分析结果表明:FSW焊后地板比MIG焊后地板纵向残余应力平均下降64 MPa,横向残余应力平均下降42 MPa;MIG与FSW焊缝位置残余应力分布趋势基本相同,残余应力最大值出现在焊趾附近。     

多次返修焊对S355J2W＋N钢焊接接头中值疲劳寿命的影响

通过试验研究,分析了多次返修焊对S355J2W＋N钢MAG焊接接头中值疲劳寿命的影响.结果表明,2次返修焊、4次返修焊和6次返修焊的接头中值疲劳寿命与未返修的接头相比分别下降了21％、26％和41％,即随着返修焊次数的增加,接头中值疲劳寿命有下降的趋势.断口分析表明,疲劳断口明显分成裂纹源区、裂纹扩展区和最后断裂区3部分,裂纹源一般起源于表面或近表面缺欠.     

车轴关键区域表面超声波冲击强化技术应用研究

车轴是影响轨道车辆运行安全的重要因素之一,其表面残余应力状态和表面光洁度与疲劳裂纹萌生和腐蚀的产生有一定的关联性。超声波冲击强化技术在改善材料残余应力状态、产生较理想的压应力层和提高表面光洁度等方面表现突出,文章应用这一技术对车轴关键区域进行了表面强化。对比试验结果表明,超声波冲击强化技术大大改善了车轴表面的应力状态(由之前拉压应力并存的状态变为几乎全部是压应力的状态),同时其表面粗糙度也得到了很大改善。     

表面选区强化对钢轨波磨处轮轨滚动接触行为的影响

层流等离子体表面强化技术可大幅提高钢轨表面的硬度和耐磨性。为了揭示强化处理对轮轨滚动接触行为的影响,建立同时考虑钢轨表面选区强化和短波波磨的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,数值计算了车轮高速滚过一个波磨周期的轮轨力、接触斑黏滑分布和残余应力应变。对比发现:表面选区强化对轮轨力和接触斑黏滑分布的影响较小,不影响钢轨承载性能;对钢轨表面残余应力应变分布的影响明显,残余应力主要集中在屈服强度较高的强化斑内而残余应变主要集中在韧性较好的基体材料上,表面选区强化有效结合了强化斑和基体材料的力学性能,形成了一种强韧的良好匹配。结果可为现场生产服务提供一定的理论指导和应用参考。     

焊接残余应力对对接接头疲劳裂纹扩展的影响

为提供一种考虑焊接残余应力重分布效应的疲劳裂纹扩展数值模拟方法,并以此研究焊接残余应力对对接接头疲劳裂纹扩展的影响,采用热弹塑性有限元法计算焊接残余应力,再基于计算机图形学与等参元逆变换提出应力映射技术,并借助该技术将计算的应力映射到疲劳裂纹扩展分析模型.采用NASGRO方程,考虑焊接残余应力的重分布效应,研究焊接残余应力对疲劳寿命的影响.研究结果表明:1)即使是很小的焊接残余拉应力也可能对材料疲劳寿命造成显著的降低.相反,很小的焊接残余压应力也可能显著地提高材料的疲劳寿命,本算例不到10％材料屈服强度的焊接残余拉/压应力,将疲劳寿命降低了/提高了25％/75％以上;2)焊接残余拉应力对疲劳寿命的影响随着应力的增大而增大,但增大的比例随着应力值的增大而显著减小;3)残余压应力对疲劳寿命的影响程度要比同值的拉应力影响大.此外,根据研究结果还给出了一些降低焊接残余应力不利影响及提高材料疲劳性能的工程建议.     

包钢连铸钢轨落锤断裂原因分析

包钢首批用连铸坯生产的75kg·m-1BNbRE钢轨进行接触焊试验时,出现母材落锤检验不合格。对该批钢轨进行较为全面的性能检验,包括成品钢轨化学成分,氢、氧、氮含量及残留元素复验,拉伸、冲击试验,轨头踏面中心线硬度试验,金相组织、奥氏体晶粒度、非金属夹杂物、低倍组织、脱碳层检验,断裂韧性试验,残余应力测定,落锤试验等。对落锤断裂的原因进行分析讨论。试验结果表明,该批钢轨的材质性能基本合格,成品钢轨轨底残余应力过大是落锤不合格的重要原因之一,而部分炉号钢轨韧塑性能偏低、表面有矫痕等也是影响因素之一。