钢轨与辙叉激光熔覆316L不锈钢过渡层后堆焊组织与性能的研究

发布时间：2023-07-24 23:59

　　钢轨与高锰钢辙叉的无缝连接是我国铁路发展的重要保证,本文提出了首先分别在钢轨与辙叉U形坡口上激光熔覆316L不锈钢过渡层,然后采用手工电弧堆焊方法实现两种钢材无缝连接的工艺方法,并对两种钢材焊接试样的组织和力学性能进行研究。用ANSYS有限元软件,分析工艺参数对U形坡口激光熔覆温度场与应力场的影响。结果表明,在进行多层激光熔覆时,存在着热量逐层累积过程,增加层间冷却时间可减少基体的热输入量;随着熔覆速度、坡口角度的增加,激光熔覆后残余应力增加,随着层间冷却时间的延长残余应力减小。根据模拟结果确定合适的工艺参数,分别在钢轨与辙叉基体的U形坡口上激光熔覆3mm厚的316L不锈钢过渡层,然后进行手工电弧对接堆焊。焊接试样的金相、X射线衍射、扫描电镜观察表明在激光熔覆过渡层后,钢轨基体热影响区无马氏体生成;辙叉基体热影响区无热裂纹,存在碳元素扩散现象,熔覆层与基体、堆焊焊缝均呈良好的冶金结合,熔覆层内晶粒长大经历了平面晶、枝晶、胞状晶的转变。通过拉伸实验、硬度检测、断口形貌观察,结果表明钢轨直接堆焊试样抗拉强度为814.5MPa,激光熔覆后抗拉强度为636.7MPa;辙叉直接堆焊试样由于热影响...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 激光熔覆的简介
        1.2.1 激光熔覆的发展历史
        1.2.2 激光熔覆的原理及特点
        1.2.3 激光熔覆的分类
        1.2.4 激光熔覆中常见的缺陷
    1.3 钢轨与辙叉焊接的研究现状
        1.3.1 辙叉的类型及分类
        1.3.2 辙叉的焊接性能
        1.3.3 钢轨的类型及成分
        1.3.4 钢轨的焊接性能
        1.3.5 钢轨与辙叉的焊接方式
    1.4 基于ANSYS的激光熔覆有限元分析
        1.4.1 ANSYS软件的介绍
        1.4.2 激光熔覆数值分析的理论问题
        1.4.3 激光熔覆数值的意义
    1.5 研究现状
    1.6 研究内容与意义
        1.6.1 研究内容
        1.6.2 研究意义
第2章 实验材料与方法
    2.1 实验设备
    2.2 实验材料
    2.3 实验方法
        2.3.1 堆焊坡口的加工
        2.3.2 堆焊试样的制备
        2.3.3 显微试样的制备
        2.3.4 硬度试样的制备
        2.3.5 拉伸试样的制备
    2.4 本章小结
第3章 U形坡口激光熔覆的有限元分析
    3.1 引言
    3.2 有限元离散模型
        3.2.1 传热模型及理论
        3.2.2 弹塑性理论
        3.2.3 有限元离散模型的建立
    3.3 温度场结果的分析
    3.4 应力场结果的分析
        3.4.1 不同方向的应力分布
        3.4.2 熔覆速度对残余应力的影响
        3.4.3 坡口角度对残余应力的影响
        3.4.4 层间冷却时间对残余应力的影响
    3.5 本章小结
第4章 钢轨与辙叉焊接试样的组织与力学性能的分析
    4.1 引言
    4.2 金相组织
        4.2.1 钢轨不同工艺焊接试样的显微组织
        4.2.2 辙叉不同工艺焊接试样的显微组织
        4.2.3 X射线衍射实验
        4.2.4 激光熔覆结合区的能谱分析
        4.2.5 高锰钢基体高温金相观察
    4.3 力学性能
        4.3.1 硬度
        4.3.2 拉伸性能
        4.3.3 抗磨损性能
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：3836769