高速列车用A6N01S和A7N01S铝合金焊接接头疲劳裂纹扩展速率研究

发布时间：2017-03-28 14:15

  本文关键词：高速列车用A6N01S和A7N01S铝合金焊接接头疲劳裂纹扩展速率研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 铝合金高速列车是现代化铁路车辆的主流发展方向,世界各国均在大力发展铝合金高速列车。制造出具有国际先进水平的铝合金高速列车,不但需要可靠的生产设备和优秀的产品结构设计,而且需要完善的制造技术和质量保证体系,其中最关键的技术问题之一便是高速列车车体的焊接质量控制。A6N01S和A7N01S铝合金热处理后具有良好的综合性能,但这并不意味着其焊接接头也具有如此良好的机械性能,并且多数焊接构件在实际工程中承受一定的交变载荷。因此,研究A6N01S和A7N01S铝合金在合适的焊接工艺下的焊接接头的疲劳裂纹扩展速率问题,用于推算焊接构件的剩余使用寿命,对于高速列车的研制与开发具有很重要的指导意义。 本文通过对焊接接头力学性能的研究,得出国产化A6N01S和A7N01S铝合金配用ER5356焊丝的焊接接头质量符合高速列车用铝合金的国际标准。A6N01S和A7N01S铝合金铝合金焊接接头的热影响区均出现了一个组织的软化区,焊接接头的最薄弱处分别位于热影响区的软化区和焊缝中心。研究了A6N01S和A7N01S铝合金焊接接头各区域的光学显微组织,总结出了两种铝合金焊接接头软化区组织的粗化是该区出现软化的根本原因。 本文利用A6N01S和A7N01S铝合金焊接接头的三点弯曲SE(B)试样的疲劳裂纹扩展速率试验,对这两种焊接接头以及母材的疲劳裂纹扩展速率问题进行了研究。对于A6N01S铝合金,热影响区的疲劳裂纹扩展速率基本上处于最低的位置,但是由于其曲线的斜率较大,热影响区的裂纹扩展速率增长非常快,随着ΔK的不断增大,与焊缝区的裂纹扩展速率差距越来越小;对于两类母材区,很明显地可以看到起始切口平行于板材挤压方向的疲劳裂纹扩展速率要快于另一类母材和焊缝区,这种差别在高的应力强度因子范围ΔK时表现地更为明显;而焊缝区的裂纹扩展速率与切口垂直于加工方向的母材相差不大,随着ΔK的不断增大,两条曲线出现了两次交点,曲线之间的偏差非常小;对于A7N01S铝合金焊接接头,当ΔK较小时,焊缝处的裂纹扩展速率略大于热影响区处,随着ΔK的增大,两者之差逐渐减小。通过两种铝合金焊接接头疲劳裂纹扩展速率的对比,A7N01S铝合金焊接接头裂纹扩展速率大于A6N01S焊接接头,但两者之间的差别不大。因此,A6N01S和A7N01S铝合金作为高速列车用的新型铝合金,其MIG焊接接头能够表现处较好的抗裂纹扩展能力,具有较好的抗疲劳性能。
【关键词】：铝合金 焊接接头 力学性能 显微组织 疲劳裂纹扩展速率
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TG407
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 铝合金高速列车车体的应用及发展前景8-9
• 1.1.1 铝合金车体在国外的应用发展过程9
• 1.1.2 我国铝合金车体的使用现状及未来展望9
• 1.2 用于高速列车的铝合金材料9-11
• 1.2.1 高速列车车体铝合金材料的使用现状10
• 1.2.2 铝合金的组织和性能特点10-11
• 1.3 高速列车铝合金焊接11-14
• 1.3.1 铝合金焊接性11-12
• 1.3.2 铝合金焊接方法的选择12-13
• 1.3.3 焊接接头组织和性能研究的意义13-14
• 1.4 铝合金焊接结构疲劳研究14-15
• 1.5 论文选题意义及研究内容15-17
• 第二章 A6N01S和A7N01S铝合金的焊接17-28
• 2.1 焊接工艺的确定17-19
• 2.1.1 基体金属及填充金属17-18
• 2.1.2 焊接工艺参数18-19
• 2.2 焊接接头力学性能测试19-22
• 2.2.1 硬度测试及试验结果19-21
• 2.2.2 拉伸力学性能试验及结果21-22
• 2.3 焊接接头显微组织观察22-25
• 2.4 焊接接头性能与组织分析25-26
• 2.4.1 焊缝区的组织与性能25-26
• 2.4.2 熔合区的组织与性能26
• 2.4.3 热影响区的组织与性能26
• 2.5 焊接缺陷分析26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第三章 疲劳裂纹扩展速率28-38
• 3.1 试验过程28-31
• 3.1.1 试件类型与几何尺寸28-29
• 3.1.2 试验设备29-30
• 3.1.3 等幅循环载荷30
• 3.1.4 预制疲劳裂纹试验30-31
• 3.1.5 疲劳裂纹扩展速率试验31
• 3.2 试验结果及处理31-37
• 3.2.1 焊接接头疲劳裂纹形貌31-32
• 3.2.2 A6NO1S 铝合金焊接接头疲劳裂纹扩展速率试验结果32-35
• 3.2.3 A7NO1S 铝合金焊接接头疲劳裂纹扩展速率试验结果35-36
• 3.2.4 试验结果误差性分析36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 疲劳裂纹扩展速率及材料常数的计算38-49
• 4.1 da/dN 的计算38-39
• 4.2 △K 的计算39-40
• 4.3 材料常数C 和m 的计算40
• 4.4 疲劳裂纹扩展速率试验结果及讨论40-48
• 4.4.1 A6N01S 铝合金焊接接头试验结果40-44
• 4.4.2 A7N01S 铝合金焊接接头试验结果44-47
• 4.4.3 试验结果对比47-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第五章 全文总结49-51
• 参考文献51-55
• 发表论文和参加科研情况说明55-56
• 致谢56

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 闫德俊;高速列车底架用铝合金焊接接头疲劳裂纹扩展特性[D];哈尔滨工业大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 闻向阳;A7N01铝合金焊接接头的组织及力学性能[D];长春理工大学;2011年

2 闫忠杰;A7N01铝合金焊接接头疲劳强度优化设计[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 王林森;Al-Zn-Mg合金焊接接头疲劳裂纹萌生特性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

4 吴莉萍;核电用Z3CN20.09M钢断裂韧性及疲劳裂纹扩展速率研究[D];西安工业大学;2012年

5 陈永红;高速列车铝合金车体侧墙残余应力与变形数值模拟[D];西南交通大学;2012年

6 黄昌军;Al-Mg-Si-（Cu）合金显微结构对疲劳特性的影响[D];湖南大学;2012年

  本文关键词：高速列车用A6N01S和A7N01S铝合金焊接接头疲劳裂纹扩展速率研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：272428