不锈钢车体侧墙型材结构设计及其组焊方法研究
发布时间：2021-11-27 12:19
不锈钢车体作为当今主流的一种轨道交通车辆类型,由于其结构主体主要采用了不锈钢材料,其抗腐蚀性能极为优越,由于车体外表面不需要采取涂装等其他工艺措施,在环保、节能等方面也具有较大优点。目前,不锈钢车体生产制造主要是以模块化的方式,首先分别制造出各个结构模块,然后再进行整体组焊。其中,侧墙模块作为不锈钢车体的四大组成模块之一,具有结构多,而且幅长大等特点。目前,侧墙模块一般是先预制各个型材结构,再将其组装拼焊而成,不仅工艺复杂、而且生产效率低,焊接质量得不到保证。随着市场竞争的加剧以及焊接技术的不断发展,激光焊接开始出现在不锈钢车体的焊接当中。因此本文主要是针对不锈钢车体侧墙模块激光焊工艺的实际需求,对预制侧墙型材结构进行了设计,并研究其激光焊接工艺。本文设计的不锈钢车体侧墙型材结构由外板、内板和波纹板组成,通过激光搭接焊接方式连接起来。波纹板结构是设计优化的重点,波纹板尺寸包括角度、波峰宽度、高度等尺寸。本文采用控制变量的方法,以基准波纹板为尺寸基础,利用仿真软件HyperMesh求解弯曲刚度、扭转刚度,对波纹板进行优化,最终得到了弯曲刚度和扭转刚度大幅增加的优化波纹板,利用仿真方法确定...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光焊和点焊的焊接结构
第1章绪论5不锈钢的变形比碳钢要大很多。（2）不锈钢材料的导热系数约是碳钢的三分之一。所以在焊接过程中，热量输入后，散热相对慢一些，使得在焊缝区域分布着大量的热量。使得焊缝区域温度升高，温度达到500～800℃时，奥氏体不锈钢材料中Cr的碳化物会沿晶界析出，导致晶界附近由于Cr的含量减少而出现晶界腐蚀现象，同时不锈钢材料的屈服强度和抗拉强度也会下降很多，导致材料性能变差[14]。所以，采用SUS301L不锈钢材料的车体在焊接时通常不使用电弧焊工艺以避免对车体外观以及耐腐蚀性能的破坏，而是一般使用热输入量低的点焊工艺以保证焊接质量。可用于奥氏体不锈钢材料的焊接工艺有很多种，目前广泛使用的焊接方法有电阻点焊、钨极氩弧焊（TIG焊）、熔化极活性气体保护焊、激光焊等。（1）电阻点焊电阻点焊工艺是属于压力焊的一种焊接方式，通过电极施加压力使叠放在一起的工件紧密贴合在一起，利用电流通过接触区域时产生的电阻热，将工件加热至熔化从而形成焊点。电阻点焊示意图如下图1.2所示，其中RW是焊件的内部电阻；RC是焊件之间的接触电阻；RCW是电极与焊件之间的接触电阻。图1.2电阻点焊示意图Fig.1.2SchematicdiagramofresistancespotweldingShamsulJB和HisyamMM对304L不锈钢的点焊焊接工艺进行了研究，研究焊接电流是如何影响熔核直径和显微硬度的，研究结果显示，焊接电流的大小对熔核直径有很大的影响，但是对显微硬度的影响很小[15]。DjelloulAzzouziAzzouzi,D等人研究分析了两种不锈钢板厚度（1mm和1.5mm）的304L不锈钢在电阻点焊过程中熔核是如何发展的，结果显示，当电接触电阻最大时，最大熔核厚度与熔核直径相反，同时，熔核直径受电接触电阻的影响较校同时对于
吉林大学硕士学位论文6给定的板厚比（1:1.5），不等板厚的点焊过程中产生的熔核位移不受焊接参数变化的影响[16]。SandhyaD.Bhat和V.Vijeesh等人分析电流变化对0.4mm厚的304不锈钢薄板电阻点焊性能的影响。研究表明，将焊接电流从1000A改变为5000A，焊点熔核尺寸增大并与电流成线性关系[17]。吴茂国、刘伟等人研究了3.0mm厚SUS301L板按照国标制成电阻点焊的剪切拉伸试样,对其测定了焊点尺寸和硬度分布,分析了焊核的微观组织和化学成分,对断口进行了扫描电镜及能谱分析。试验表明,在现有的工艺参数下,该点焊接头的剪切强度满足设计标准和日本工业标准,焊核组织和成分较纯净,焊点的塑性较好[17]。（2）钨极氩弧焊（TIG焊）钨极氩弧焊时常被称为TIG焊，是一种在钨电极和工件之间产生热量的电弧焊接方式。在焊接过程中，钨极、熔池以及附近受热区域通常由喷嘴喷出的保护气体（通常为氩气）将其隔离起来以避免空气进入对焊接质量产生影响。图1.3TIG焊示意图Fig.1.3SchematicdiagramofTIGweldingPramodKumar等人对304L不锈钢薄板进行了TIG焊连接，并建立了TIG焊接的数值模型，研究变化的焊接电流对温度分布曲线的影响，观察到峰值温度随着焊接电流的增加而增加，并且数值模拟结果通过与实验结果吻合良好[19]。南昌航空大学的刘天祥和陈焕明采用脉冲TIG焊接方法焊接薄板奥氏体不锈钢，研究了焊接基值电流、峰值电流以及脉冲频率等各个不同焊接工艺参数与焊件质量的关系，分析结果得到：峰值电流、基值电流以及占空比的增加都会导致焊缝的熔宽变大，而脉冲频率的增加导致焊点之间的重叠量变大，同时也得到了焊缝宏观形貌最佳的工艺参数,即峰值电流21A，基值电流8A，占空比45%，脉冲频率8Hz[20]。（3）熔化极活性气体保护焊
【参考文献】：
期刊论文
[1]轻量化复合材料车体粘接接头设计及试验验证[J]. 刘金凤,王元伍,孙宏海,单晖,刘民军. 中国胶粘剂. 2019(11)
[2]车体用301L-HT不锈钢药芯焊丝MAG焊研究[J]. 何建英,张仁航,姬书得,马琳. 热加工工艺. 2018(23)
[3]残余应力对薄板激光搭接接头力学性能的影响[J]. 梁行,姜云禄,陈怀宁,阚盈. 焊接学报. 2017(10)
[4]不锈钢薄板激光搭接焊残余应力测量方法对比研究[J]. 李树虎,姜云禄,陈怀宁,梁行,赵瑞荣,韩晓辉. 焊接. 2017(08)
[5]地铁车辆不锈钢车体发展概况[J]. 程海鹏. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2017(06)
[6]不锈钢薄板非熔透激光搭接焊热源模型[J]. 韩晓辉,陈静,阚盈,陈怀宁,赵瑞荣. 中国激光. 2017(05)
[7]顶磨式轧辊磨床头架主轴分析及拓扑优化[J]. 杨旭东,黄平,李星渊,周昊,曹菡婷. 机床与液压. 2016(23)
[8]Q345钢激光焊与气体保护焊的焊接变形与残余应力对比[J]. 毛志涛,蒲晓薇,汪维登,叶延洪,邓德安. 中国激光. 2016(06)
[9]脉冲TIG焊工艺参数对薄板不锈钢焊缝成形的影响[J]. 刘天祥,陈焕明. 热加工工艺. 2015(19)
[10]铁道车辆侧墙板块的焊接技术[J]. 河田直树,彭惠民. 国外机车车辆工艺. 2015(03)
博士论文
[1]轨道客车用SUS301L奥氏体不锈钢激光叠焊技术研究[D]. 刘佳.长春理工大学 2012
硕士论文
[1]高速公路加宽桥梁有限元仿真及应用[D]. 谭畅.长安大学 2019
[2]SUS301L奥氏体不锈钢激光填丝焊工艺与接头性能研究[D]. 吴世彪.吉林大学 2019
[3]保护气体对06Cr19Ni10不锈钢MAG焊接头组织与性能的影响[D]. 宗桓旭.大连交通大学 2018
[4]基于Optistruct的某型商用车车架轻量化研究[D]. 邓莉平.西华大学 2017
[5]不锈钢薄板激光焊与电阻点焊数值模拟对比研究[D]. 于超.吉林大学 2014
[6]车用波纹夹芯板弯曲性能研究[D]. 孙小曼.大连理工大学 2013
[7]城轨客车侧墙激光焊机器人工作站仿真及离线编程[D]. 张宗巧.吉林大学 2013
[8]城轨客车用不锈钢薄板激光搭接焊接头组织与力学行为研究[D]. 李磊.大连交通大学 2012
[9]地铁不锈钢车体结构性能研究[D]. 李培.大连交通大学 2010
[10]冷轧奥氏体不锈钢车体材多点焊结构强度和疲劳可靠性的试验研究[D]. 王润姣.北京交通大学 2010
本文编号：3522274
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光焊和点焊的焊接结构
第1章绪论5不锈钢的变形比碳钢要大很多。（2）不锈钢材料的导热系数约是碳钢的三分之一。所以在焊接过程中，热量输入后，散热相对慢一些，使得在焊缝区域分布着大量的热量。使得焊缝区域温度升高，温度达到500～800℃时，奥氏体不锈钢材料中Cr的碳化物会沿晶界析出，导致晶界附近由于Cr的含量减少而出现晶界腐蚀现象，同时不锈钢材料的屈服强度和抗拉强度也会下降很多，导致材料性能变差[14]。所以，采用SUS301L不锈钢材料的车体在焊接时通常不使用电弧焊工艺以避免对车体外观以及耐腐蚀性能的破坏，而是一般使用热输入量低的点焊工艺以保证焊接质量。可用于奥氏体不锈钢材料的焊接工艺有很多种，目前广泛使用的焊接方法有电阻点焊、钨极氩弧焊（TIG焊）、熔化极活性气体保护焊、激光焊等。（1）电阻点焊电阻点焊工艺是属于压力焊的一种焊接方式，通过电极施加压力使叠放在一起的工件紧密贴合在一起，利用电流通过接触区域时产生的电阻热，将工件加热至熔化从而形成焊点。电阻点焊示意图如下图1.2所示，其中RW是焊件的内部电阻；RC是焊件之间的接触电阻；RCW是电极与焊件之间的接触电阻。图1.2电阻点焊示意图Fig.1.2SchematicdiagramofresistancespotweldingShamsulJB和HisyamMM对304L不锈钢的点焊焊接工艺进行了研究，研究焊接电流是如何影响熔核直径和显微硬度的，研究结果显示，焊接电流的大小对熔核直径有很大的影响，但是对显微硬度的影响很小[15]。DjelloulAzzouziAzzouzi,D等人研究分析了两种不锈钢板厚度（1mm和1.5mm）的304L不锈钢在电阻点焊过程中熔核是如何发展的，结果显示，当电接触电阻最大时，最大熔核厚度与熔核直径相反，同时，熔核直径受电接触电阻的影响较校同时对于
吉林大学硕士学位论文6给定的板厚比（1:1.5），不等板厚的点焊过程中产生的熔核位移不受焊接参数变化的影响[16]。SandhyaD.Bhat和V.Vijeesh等人分析电流变化对0.4mm厚的304不锈钢薄板电阻点焊性能的影响。研究表明，将焊接电流从1000A改变为5000A，焊点熔核尺寸增大并与电流成线性关系[17]。吴茂国、刘伟等人研究了3.0mm厚SUS301L板按照国标制成电阻点焊的剪切拉伸试样,对其测定了焊点尺寸和硬度分布,分析了焊核的微观组织和化学成分,对断口进行了扫描电镜及能谱分析。试验表明,在现有的工艺参数下,该点焊接头的剪切强度满足设计标准和日本工业标准,焊核组织和成分较纯净,焊点的塑性较好[17]。（2）钨极氩弧焊（TIG焊）钨极氩弧焊时常被称为TIG焊，是一种在钨电极和工件之间产生热量的电弧焊接方式。在焊接过程中，钨极、熔池以及附近受热区域通常由喷嘴喷出的保护气体（通常为氩气）将其隔离起来以避免空气进入对焊接质量产生影响。图1.3TIG焊示意图Fig.1.3SchematicdiagramofTIGweldingPramodKumar等人对304L不锈钢薄板进行了TIG焊连接，并建立了TIG焊接的数值模型，研究变化的焊接电流对温度分布曲线的影响，观察到峰值温度随着焊接电流的增加而增加，并且数值模拟结果通过与实验结果吻合良好[19]。南昌航空大学的刘天祥和陈焕明采用脉冲TIG焊接方法焊接薄板奥氏体不锈钢，研究了焊接基值电流、峰值电流以及脉冲频率等各个不同焊接工艺参数与焊件质量的关系，分析结果得到：峰值电流、基值电流以及占空比的增加都会导致焊缝的熔宽变大，而脉冲频率的增加导致焊点之间的重叠量变大，同时也得到了焊缝宏观形貌最佳的工艺参数,即峰值电流21A，基值电流8A，占空比45%，脉冲频率8Hz[20]。（3）熔化极活性气体保护焊
【参考文献】：
期刊论文
[1]轻量化复合材料车体粘接接头设计及试验验证[J]. 刘金凤,王元伍,孙宏海,单晖,刘民军. 中国胶粘剂. 2019(11)
[2]车体用301L-HT不锈钢药芯焊丝MAG焊研究[J]. 何建英,张仁航,姬书得,马琳. 热加工工艺. 2018(23)
[3]残余应力对薄板激光搭接接头力学性能的影响[J]. 梁行,姜云禄,陈怀宁,阚盈. 焊接学报. 2017(10)
[4]不锈钢薄板激光搭接焊残余应力测量方法对比研究[J]. 李树虎,姜云禄,陈怀宁,梁行,赵瑞荣,韩晓辉. 焊接. 2017(08)
[5]地铁车辆不锈钢车体发展概况[J]. 程海鹏. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2017(06)
[6]不锈钢薄板非熔透激光搭接焊热源模型[J]. 韩晓辉,陈静,阚盈,陈怀宁,赵瑞荣. 中国激光. 2017(05)
[7]顶磨式轧辊磨床头架主轴分析及拓扑优化[J]. 杨旭东,黄平,李星渊,周昊,曹菡婷. 机床与液压. 2016(23)
[8]Q345钢激光焊与气体保护焊的焊接变形与残余应力对比[J]. 毛志涛,蒲晓薇,汪维登,叶延洪,邓德安. 中国激光. 2016(06)
[9]脉冲TIG焊工艺参数对薄板不锈钢焊缝成形的影响[J]. 刘天祥,陈焕明. 热加工工艺. 2015(19)
[10]铁道车辆侧墙板块的焊接技术[J]. 河田直树,彭惠民. 国外机车车辆工艺. 2015(03)
博士论文
[1]轨道客车用SUS301L奥氏体不锈钢激光叠焊技术研究[D]. 刘佳.长春理工大学 2012
硕士论文
[1]高速公路加宽桥梁有限元仿真及应用[D]. 谭畅.长安大学 2019
[2]SUS301L奥氏体不锈钢激光填丝焊工艺与接头性能研究[D]. 吴世彪.吉林大学 2019
[3]保护气体对06Cr19Ni10不锈钢MAG焊接头组织与性能的影响[D]. 宗桓旭.大连交通大学 2018
[4]基于Optistruct的某型商用车车架轻量化研究[D]. 邓莉平.西华大学 2017
[5]不锈钢薄板激光焊与电阻点焊数值模拟对比研究[D]. 于超.吉林大学 2014
[6]车用波纹夹芯板弯曲性能研究[D]. 孙小曼.大连理工大学 2013
[7]城轨客车侧墙激光焊机器人工作站仿真及离线编程[D]. 张宗巧.吉林大学 2013
[8]城轨客车用不锈钢薄板激光搭接焊接头组织与力学行为研究[D]. 李磊.大连交通大学 2012
[9]地铁不锈钢车体结构性能研究[D]. 李培.大连交通大学 2010
[10]冷轧奥氏体不锈钢车体材多点焊结构强度和疲劳可靠性的试验研究[D]. 王润姣.北京交通大学 2010
本文编号：3522274
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