SMA490BW激光-MAG电弧复合焊接头疲劳断口定量评价

发布时间：2017-08-13 21:43

  本文关键词：SMA490BW激光-MAG电弧复合焊接头疲劳断口定量评价

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【摘要】：激光-电弧复合焊接是一种新兴的焊接方法,可实现高效、优质焊接。转向架是高速列车的重要构件,其接头性能优劣对列车安全运营有重要的影响,尤其是动载性能。SMA490BW是一种常见的转向架材料,目前多使用半自动MAG或自动MAG焊进行施焊,效率不高,激光-MAG复合焊接是可能的替代技术之一。而国内外研究文献中对SMA490BW激光-MAG复合焊接头动载性能研究还比较少。因此,对复合焊接头的疲劳性能进行研究有一定意义。本论文针对SMA490BW的激光-MAG复合焊接头的疲劳寿命规律及断口形貌定量特征进行研究,获得部分基础数据,同时为更好理解疲劳扩展机制奠定基础。本论文采用优化的SMA490BW复合焊接工艺获得复合焊接头,对接头的基本力学性能、组织、硬度的变化规律进行分析。在应力比R等于0时,获得接头的疲劳寿命应力曲线,对曲线中的规律进行了探讨,并详细研究了疲劳断口的形貌特征。利用分形维数方法定量刻画断口形貌,深入分析了断口疲劳源近邻区和裂纹扩展区断口分维的分布规律,及裂纹扩展过程与分维变化规律的联系。最后采用Matlab设计了一个分维计算GUI界面。基本力学性能结果均符合标准要求。对疲劳寿命进行分析得到应力比R=0时的接头疲劳极限为385MPa,试样内部或边界缺陷是裂纹萌生的主要原因。裂纹扩展过程中,断口中的准解理特征会逐渐消失,扩展区边界呈类圆形或类椭圆上的部分弧段。断口分维表征结果表明：裂纹扩展区分维大小和离差系数均比较小,形貌较均匀,疲劳源近邻区不规则性大,微观结构的均匀性较低。考虑应力集中影响的疲劳源近邻区分维随应力水平增加呈增大趋势；裂纹扩展区内分维随应力水平增加呈减少趋势。距源区500μm～2000μm范围内,在裂纹扩展过程中,断口微观形貌变化包括准解理特征的消失,二次裂纹萌生,撕裂岭增多到随后逐步减少,分维大小呈现典型的正‘V’和倒‘V’联合规律,与形貌特征变化一致。推断得到断口准解理特征消失时,空间维约为2.50,信息维大小约为1.741。通过GUI实现图形对象分维计算,可视化图形存储等功能。
【关键词】：激光-MAG复合焊 疲劳断口 分维 定量表征 GUI设计
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG407
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 选题背景及意义12
• 1.2 激光-电弧复合焊研究现状12-15
• 1.2.1 激光-电弧复合焊接原理及特点13-14
• 1.2.2 激光-电弧复合焊研究现状14-15
• 1.3 疲劳性能研究现状15-18
• 1.3.1 传统疲劳的研究方法15-16
• 1.3.2 分形维数概述16
• 1.3.3 分形维数计算方法16-17
• 1.3.4 材料疲劳分维方法研究现状17-18
• 1.4 本论文的研究意义、研究内容和创新性18-20
• 1.4.1 本论文的研究意义18
• 1.4.2 本论文的研究内容18-19
• 1.4.3 论文创新性19-20
• 第2章 试验材料及方法20-26
• 2.1 试验材料20
• 2.2 试验设备与测试方法20-26
• 2.2.1 焊接工艺试验21-22
• 2.2.2 无损探伤试验及组织观察22-23
• 2.2.3 基本力学性能试验23-24
• 2.2.4 疲劳试验及断口观察24-26
• 第3章 SMA490BW激光-MAG复合焊接头力学性能26-44
• 3.1 SMA490BW复合焊接头宏观形貌及探伤结果26-27
• 3.2 接头组织及硬度规律27-30
• 3.2.1 金相组织分析27-29
• 3.2.2 硬度规律分析29-30
• 3.3 基本力学性能30-32
• 3.3.1 拉伸性能30
• 3.3.2 弯曲性能30-31
• 3.3.3 冲击性能31-32
• 3.4 疲劳性能32-41
• 3.4.1 接头疲劳寿命分析32-34
• 3.4.2 疲劳断口分析34-41
• 3.5 结果分析与讨论41-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 疲劳断口分维表征44-57
• 4.1 分维计算原理44-46
• 4.2 疲劳源近邻区的定量表征46-51
• 4.2.1 疲劳源近邻区分维取值分布46-48
• 4.2.2 相同应力水平下分维与应力集中系数关系48-50
• 4.2.3 不同应力水平下分维变化规律50-51
• 4.3 疲劳裂纹扩展区定量表征51-56
• 4.3.1 疲劳裂纹扩展区断口分维分布51-53
• 4.3.2 不同应力水平下扩展区分维变化规律53
• 4.3.3 疲劳裂纹扩展过程中分维变化规律53-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 断口分维定量计算GUI设计57-64
• 5.1 GUI设计主要思路及步骤57
• 5.2 GUI对象选取及界面布局57-61
• 5.3 GUI回调函数编写61
• 5.4 GUI断口分维分析实现61-62
• 5.5 本章小结62-64
• 结论与展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-73
• 攻读硕士期间发表论文73-74
• 附录174-75

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本文编号：669085