[發(fā)明專利]高速列車鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的處理方法

無效

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• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103131975A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 于金朋;張衛(wèi)華;張立民;李遠星;朱宗濤;王志海;孫海榮;劉小霞;茍國慶;陳輝
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學;唐山軌道客車有限責任公司
• 主分類號: C22F1/04
• 分類號: C22F1/04;C21D9/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及超聲沖擊技術(shù)消除焊接接頭殘余應力以及提高疲勞性能的領域。

背景技術(shù)

近年來我國高速鐵路集中、快速的發(fā)展，高速列車也隨之迅猛發(fā)展。而高速列車的安全可靠性是制約高速列車發(fā)展的主要因素。焊接是高速列車車體集成的關鍵技術(shù)，焊接接頭的可靠性決定著高速列車車體的安全可靠性。影響焊接接頭可靠性的主要因素是焊后的殘余應力和列車運行時動載作用下接頭的疲勞性能。由于高速列車車體鋁合金熱導系數(shù)高、線膨脹系數(shù)大、結(jié)構(gòu)復雜，高速列車車體鋁合金焊接接頭的殘余應力非常嚴重。殘余應力的存在會嚴重影響焊接構(gòu)件的性能和安全可靠性，導致焊接構(gòu)件的尺寸和結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定、降低裝配精度等問題，而且還會與焊接缺陷等因素交互作用，影響焊接車體結(jié)構(gòu)的強度等性能，降低車體結(jié)構(gòu)的安全可靠性。另一方面，據(jù)統(tǒng)計鋁合金結(jié)構(gòu)件中90%的斷裂是由焊接接頭承受重復性動載的焊接接頭的疲勞破壞引起的，并且構(gòu)件的疲勞失效往往是突發(fā)的災難性的，是引發(fā)安全事故的重要原因。因此消除高速列車鋁合金焊接接頭的殘余應力改善接頭疲勞性能可以顯著提高其使用壽命和安全可靠性，對高速鐵路事業(yè)的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

目前降低和改善殘余應力的方法主要有預拉伸法、熱時效法、自然時效法、振動時效法和超聲沖擊法等。但是高速列車車體焊接部位多是形狀結(jié)構(gòu)復雜的型材，焊后拉伸應力場和變形場的分布難以模擬和預測，因此預拉伸法無法準確的估計焊后的變形規(guī)律，因此不適合消除高速列車鋁合金接頭的殘余應力。而熱處理法和自然時效法需要大量電能和加工時間，耗費的成本和時間太多。振動時效法需要大量的實驗和理論知識，對操作人員經(jīng)驗要求高，并且設備噪聲大，而且在線消應力等限制了其在高速列車車體焊接接頭消應力上的應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高速列車鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的處理方法，以解決高速列車車體焊接部位多是形狀結(jié)構(gòu)復雜的型材，現(xiàn)有技術(shù)難以適應復雜焊接結(jié)構(gòu)的缺點。本發(fā)明包括下述步驟：一、針對焊接部位屬于焊縫、焊趾、熱影響區(qū)、母材全焊縫區(qū)域四種情況選擇超聲沖擊壓頭，所述超聲沖擊壓頭的橫截面為“條形”或“圓形”；針對焊縫和焊趾選擇橫截面為“條形”超聲沖擊壓頭，針對熱影響區(qū)和母材全焊縫區(qū)域選擇橫截面為“圓形”超聲沖擊壓頭；二、把選中的超聲沖擊壓頭裝配到超聲沖擊設備上；三、開啟超聲沖擊設備對鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的表面進行逐個位置的沖擊處理，沖擊處理的各個位置均勻排布且相鄰，在鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的表面形成10μm的納米層。

針對高速列車的車體焊接接頭，超聲沖擊處理技術(shù)的執(zhí)行機構(gòu)具有輕巧靈活、效率高、噪聲小、成本低等優(yōu)勢，但是由于高速列車鋁合金的接頭結(jié)構(gòu)復雜，殘余應力場分布規(guī)律等尚不明晰，因此超聲沖擊法在高速列車鋁合金殘余應力消除上目前尚未得到應用。另一方面，改善接頭的疲勞性能方面，超聲沖擊法能夠大幅提高鋼材的疲勞性能已經(jīng)得到證實，而其對鋁合金焊接接頭的疲勞性能的影響則尚未有系統(tǒng)的研究。本發(fā)明的目的在于將超聲波沖擊技術(shù)實施與高速列車鋁合金構(gòu)件中，消除接頭的殘余應力、改善其疲勞性能，提高高速列車運行的安全可靠性。

附圖說明

圖1是實施例1表1中所取得測試值的測試點分布示意圖，圖2是實施例2中疲勞試樣尺寸圖，圖3是鋁合金焊接結(jié)構(gòu)沖擊前后試樣疲勞性能比較圖，橫坐標是“次數(shù)”，縱坐標是Δσ（單位為兆帕斯卡），圖4是實施例3中不同工藝的X射線衍射譜線對比圖，橫坐標是θ（°），縱坐標是無量綱物理量，沒有單位。圖中曲線至上而下分別對應超聲沖擊的激勵電流在2.2A，沖擊時間為30min，40min，45min，50min，60min時X射線衍射譜線（均為本發(fā)明的實施例范圍內(nèi)）。圖5是平均晶粒尺寸示意圖，從圖中可以看到尺寸/應變：晶粒尺寸(A)=378(29)，應變=0.1348(0.01441)％，ESD擬合=0.000499，誤差=0.988。

具體實施方式