动车组转向架横向止挡座焊接工艺仿真研究

为了快速确定铁路动车组转向架上尺寸较小、焊接结构复杂部件的焊接工艺,选取某动车组横向止挡座焊接工艺为研究对象,预设2种定位焊工艺和2种组焊顺序,形成4种焊接工艺方案。采用有限元分析软件,对动车组横向止挡座的4种焊接工艺方案进行仿真对比分析。仿真结果表明：横向止挡座采用不同的定位焊工艺对焊接应力和变形的影响较小,适当减少定位焊缝数量对实际焊接生产更有意义;横向止挡座采用“下盖板中间焊缝—下盖板两侧焊缝—立板中间焊缝”的组焊顺序相对更合理。工装刚性固定的压卡方案能够将焊接变形控制在1 mm以内,但局部焊接残余应力峰值为500 MPa,实测焊接残余应力峰值出现在焊缝中心线处,为325 MPa;采取抛丸处理工艺,可以将残余应力降至-327 MPa,达到削减较高焊后残余拉应力的目的。     

高速动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真研究

为降低动车组车体加工中的焊接残余应力,开展了动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真研究。研究中基于热弹塑性有限元理论,利用实体-壳单元混合模型以有效减小计算规模,通过壳单元实现实体与壳单元连接的方法,建立了高速动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真有限元模型。在试验的基础上,利用双椭球模型校核焊接热源,通过提取和简化各道焊平均热循环曲线,实现热源加载,分析了KK端焊接残余应力的分布规律。在此基础上,提出采用2种分段焊的优化方案,最终的计算结果表明,分段焊可有效的减小KK端的焊接残余应力。     

车体铝合金氩弧焊与搅拌摩擦焊残余应力研究

采用小孔法分别对氩弧焊及搅拌摩擦焊对6mm厚度的7020铝合金的对接试板的残余应力进行了研究。结果表明,两种焊接方法的焊接接头,纵向应力均大于横向应力,在对7020铝合金搅拌摩擦焊接接头以及氩弧焊接头中的纵向残余应力进行对比后,发现搅拌摩擦焊接头的纵向残余应力值要远远小于氩弧焊接头中纵向残余应力值。搅拌摩擦焊接头的最大纵向残余应力为50 MPa,而氩弧焊接头的纵向残余应力最大值已经达到了90 MPa。     

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...     

铝合金牵缓结构焊接残余应力超声波法测试研究

采用超声波法和盲孔法分别对铝合金牵缓结构相应焊接工艺的对接焊、角接焊试件进行了焊接残余应力测试研究,通过对比,验证了超声波法测试焊接残余应力的可靠性;采用超声波法对牵缓结构关键部位焊接残余应力进行了测试,并对其焊接残余应力水平及分布规律进行了评估。     

钢桥对接焊缝残余应力及变形场数值分析与试验验证

为研究钢桥对接接头焊接残余应力及变形场的分布规律,基于ABAQUS软件建立16mm厚Q345qD钢板多层对接焊三维有限元模型,对焊接残余应力及变形场进行模拟预测,并对模拟结果进行试验验证。结果表明焊接残余应力和变形的数值模拟结果与试验实测值吻合较好。对接接头纵向焊接残余应力沿垂直于焊缝方向成拉-压分布状态,其最大值位于热影响区,约为350 MPa,接近材料的屈服强度;纵向残余应力在距焊缝中心60mm范围内为拉应力。横向焊接残余应力的应力水平相对较低,最大值约为100 MPa。焊接变形主要以平面外变形为主,变形模式为马鞍形,最大变形值发生在试板中部远离焊缝中心的外边缘。     

铁路货车厚板多道焊仿真研究

由于焊接过程的复杂性,在实际生产中,对焊接残余应力和残余变形认识不足和难以掌握,在许多情况下仍然是凭经验处理。随着焊接数值方法和计算机技术的发展,数值模拟技术起着越来越重要的作用。本文以铁路货车厚板对接接头多道焊为例,使用SYSWELD软件,基于热弹塑性有限元方法,利用热循环曲线代替瞬态热源对焊缝进行加载的方式,实现多道焊残余应力与残余变形的仿真计算,并且同实验结果对比,验证了仿真模型的正确性,为实际结构焊接变形预测和控制提供了理论依据。     

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%.     

动车组铝合金车体残余应力分布及调控

采用X射线衍射法对不同形式铝合金焊接接头、不同速度等级车体及不同工艺调控处理的铝合金接头进行残余应力测量。结果表明:动车组型材和板材原材料表面已经存在一定数值大小的残余应力;对接接头的残余应力峰值要大于搭接接头和角接接头;超声冲击法、喷砂法和自然时效法均可改善动车组焊接接头残余应力的大小,但喷砂法和超声冲击法更适合现场使用。     

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。     

钢桁梁桥主桁杆件厚板焊接残余应力空间分布试验研究

为研究某钢桁梁桥主桁杆件钢厚板焊接残余应力的空间分布规律,采用与实桥相同的材料和焊接工艺制作30 mm厚的对接焊试板,用局部逐层去除盲孔法对试板表层及内部残余应力进行测试,并对测量结果进行不确定度评定。试验结果表明:厚板表面焊接残余拉应力峰值位于焊缝附近区域,残余应力呈典型的拉-压分布趋势;内部横向残余应力在焊缝附近的分布状态为外拉内压,并且在上表层具有较大的应力梯度;内部纵向残余应力在焊缝附近为拉应力;随着距焊缝中心线距离的增加,纵横向残余应力皆开始逐渐减小,直至转变为压应力。     

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.     

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。     

基于ABAQUS的郁金香坡口焊接接头数值模拟

针对转向架构架上新设计的郁金香坡口焊接接头,运用ABAQUS有限元软件对母材为P355NL1的郁金香坡口焊接接头多道焊的温度场及应力场进行了数值模拟,计算结果对结构设计和焊接工艺具有指导作用。     

客运专线道岔尖轨矫直残余应力研究

采用三维弹塑性有限单元法,建立尖轨矫直有限元计算模型,研究客运专线道岔尖轨矫直过程中加载量及加载支距对尖轨纵向残余应力、横向残余应力和Mises残余应力的影响。结果表明,尖轨矫直时中间横截面的纵向残余应力、横向残余应力和Mises残余应力分布规律在不同加载量和不同加载支距下基本相同,且随加载量的增加而增加,随加载支距的增加而减小。尖轨轨底的残余应力较轨头和轨腰残余应力大,纵向残余应力远大于横向残余应力,减小纵向残余应力是减小尖轨矫直残余应力的关键因素。研究结果为改进尖轨矫直工艺,减小尖轨矫直残余应力提供理论依据。     

构架侧梁焊接顺序与方向优化分析

构架是机车车辆的重要承载部件,控制其侧梁的焊接残余变形至关重要。以热弹塑性理论为基础,采用APDL语言对侧梁进行焊接变形数值仿真计算,并对侧梁进行现场跟踪测量。其焊接变形仿真计算结果与测量值基本吻合,误差在7%之内。以此仿真模型为基础,以焊接弯曲变形为目标函数,采用多层优化计算,对焊接顺序和方向进行数值仿真优化,得到最优方案。最优方案与现用方案相比,可使弯曲变形量降低34%左右。通过数值仿真优化所得的焊接方案可为焊接变形的控制、焊接工艺设计的选择和预留变形量的确定等提供可靠依据。     

超声波冲击对转向架构架焊缝残余应力的处理效果研究

为了研究超声波冲击对轨道客车转向架构架焊接残余应力处理效果的影响,对对接试板及构架的对接焊缝分别进行了超声波冲击处理。采用X射线衍射法,对处理后的焊缝及热影响区表面进行了残余应力测试。测试结果显示：对接焊缝的纵向应力峰值出现在距焊趾2 mm处,拉应力值达到410 MPa,从焊缝中心线到焊趾外25 mm范围内的应力梯度达460 MPa;经超声波冲击处理后,纵向应力降至-400 MPa左右,应力梯度降至约150 MPa。横向应力峰值出现在距离焊趾5～10 mm处,应力值-50 MPa～50 MPa。超声波冲击处理再经打砂后,对接焊缝的表面残余应力水平相当,分布更加均匀,应力梯度降至100 MPa以内。研究结果表明：超声波冲击处理方法能够大幅削减焊缝区表面的高值拉应力,并将残余应力的分布明显均匀化。该方法对于削减转向架构架产品局部的高值拉应力具有实际应用价值。     

超声冲击技术消除转向架构架焊接残余应力试验方案分析

为消除转向架构架焊接接头残余应力,尝试应用超声冲击法消除焊接接头残余应力。给出了采用超声冲击测试转向架构架焊接接头残余应力试验方案,测试超声冲击前后工艺条件下,焊接接头残余应力的变化特征和规律。对超声冲击前后焊接接头的微观组织和常规力学性能进行了检查测试。结果表明,超声冲击后焊缝区强度有所提高。     

转向架构架焊接残余应力和变形的控制

在控制转向架构架焊接残余应力和形变的制造技术中,存在2种不同的加工工艺。国外相关企业采用的新工艺是采用控制焊接温度来制约焊接件变形,并且通过适当的焊接工艺以及焊接工装来保证加工面的位置精度。与此相对,国内传统工艺的构架焊接后整体退火是一种相对落后的工艺方法。文章对2种工艺进行了对比分析,阐明了新工艺的先进性。     

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.