轨道交通车辆用铝合金焊接接头超高周疲劳性能试验研究

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铝合金车体是现代轨道交通车辆的一个发展趋势，焊接作为铝合金车体各部件的重要连接形式，其焊缝静力强度与抗疲劳强度直接影响着车体的结构完整性和运营安全性，同时也制约着轨道交通车辆的进一步提速。轨道交通车辆在高速运行中会承受多方面复杂、突变的载荷，轮轴、转向架与车体等关键部件往往承受高频低应力循环载荷，且在车辆服役期间循环载荷已超过了107周次，传统的材料低周疲劳性能研究已无法满足现代焊接结构疲劳可靠性的设计需要。本文结合超声疲劳技术与扫描电镜微观分析技术，对轨道交通车辆用6005A-T6铝合金型材和三种不同焊接工艺下的焊接接头在超长寿命区间的疲劳性能和断裂机理进行了试验研究，结果表明： TIG焊、MIG焊、激光-MIG复合焊对6005A-T6铝合金型材焊接均有较好的工艺适应性，激光-MIG复合焊工艺对18mm厚板焊接可以取得较好的焊缝成型效果与焊缝质量。母材及不同工艺下的焊接接头试样在承受超过107周次的循环载荷后均会出现断裂，且焊接接头疲劳性能较母材有明显的下降，传统“疲劳极限”观点已不适应于现代结构抗疲劳设计，对焊接结构的疲劳安全寿命设计必须考虑焊缝与母材力学性能上的差异性。经扫描电镜发现6005A铝合金母材与焊接接头试样的断裂裂纹均以表面及次表面萌生为主，部分母材试样对称拉压疲劳裂纹存在着剪切扩展形式，焊接接头裂纹扩展较为不规则，部分试样的断裂出现多源情况，且表面和近表面的气孔比内部埋深气孔对疲劳强度的不利影响更为明显。对比6005A铝合金母材及焊接接头的对称拉压疲劳性能与对称弯曲疲劳性能，发现试样在低周和高周疲劳区间的弯曲疲劳性能明显优于拉压疲劳性能，在此基础上讨论了尺寸效应对试样弯曲疲劳性能的影响机理。综合三种不同焊接工艺下的焊接接头超声疲劳试验数据结果，利用焊接接头在不同寿命区间较母材疲劳强度的降低系数γ对相应焊接工艺进行了评价：在105～109循环区间内，MIG焊工艺、激光-MIG复合焊接工艺在对称拉压疲劳性能与对称弯曲疲劳性能上均明显优于TIG焊工艺。对称拉压疲劳对应的高周循环水平内，激光-MIG复合焊接工艺优于MIG焊接工艺；超高周循环水平上，MIG焊接工艺优于激光-MIG复合焊接工艺。

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作者
张伟;
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作者单位

西南交通大学;

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授予单位西南交通大学;
学科力学
授予学位硕士
导师姓名王弘;
年度 2018
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类车辆工程;特种铁路;
关键词
轨道交通车辆; 铝合金焊接接头; 超高周疲劳;

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