地铁转向架构架对接接头焊接新工艺的研究

作     者：李怀舟 

作者单位：大连交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁成钢

授予年度：2022年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：S355J2W耐候钢 高频脉冲MAG焊工艺 对接接头 组织和性能 数值模拟 

摘      要：地铁转向架构架是地铁车辆的重要承载体和传动力构件,对车辆运行安全起着至关重要的作用。但目前地铁所使用的构架属复杂结构焊接构件,焊缝量也较多,并且采用多层多道焊工艺。因为在施焊的进程中不可避免地产生残余应力和变形,将严重影响构架的尺寸稳定性和疲劳寿命。因而,必须研究开发低应力、小变形和高可靠性的构架对接焊工艺包及高频脉冲MAG焊和冷焊打底方法,分析多层多道焊缝的焊后应力和形变的演化机理及控制措施,进行焊接次序可靠性优化设计研究,对推动构架焊接成形及质量的技术发展和服役应用安全稳定性具有十分重要的学术价值和工程应用前景。本文采用高频脉冲MAG焊(冷焊打底)和常规脉冲MAG焊方法分别进行了3 mm间隙、厚度为12 mm的S355J2W耐候钢板的对接焊工艺试验;通过研究焊接试板热循环温度、焊后残余应力、宏观形貌、金相显微组织、硬度以及力学性能变化的规律,并使用SYSWELD焊接模拟仿真软件对焊接过程中的温度场、应力场进行了数值模拟和分析,得到优佳的焊接工艺参数,为地铁转向架构架S355J2W耐候钢的焊接提供试验研究依据。(1)焊缝成形质量良好,无焊接缺陷问题,均实现单面焊接双面成形。高频脉冲MAG焊接头与常规脉冲MAG焊比较,显微组织更为理想,因为焊缝中存在部分针状铁素体组织,先共析铁素体组织含量较低,熔合区没有侧板条铁素体,热影响区范围小且晶粒粗化程度较小。(2)根据拉伸测试结果得知,拉伸试样在远离焊缝的母材处断裂,焊接接头的抗拉强度符合标准;弯曲试验结果表明,试件侧弯到180°时,接头无裂纹,符合标准;-40℃低温冲击试验结果表明,高频脉冲MAG焊接头与常规脉冲MAG焊相比,焊缝和热影响区的冲击功更高,分别高出27.5%、23.5%;疲劳试验表明,高频脉冲MAG焊接工艺接头的疲劳强度比常规脉冲MAG焊提升了5.7%以上。(3)接头温度场数值模拟得到的焊接热循环曲线与实测非常接近,总体趋势基本一致;高频脉冲MAG焊测温点的峰值温度高于常规脉冲MAG焊,且在盖面焊过程中测温点的冷却速度更快。接头应力场数值模拟得到的应力分布规律也与实测相符。(4)通过对焊接试板对接接头的温度场、残余应力、宏观形貌、显微组织、硬度、力学性能以及温度场、应力场进行了数值模拟进行综合分析,高频脉冲MAG焊(冷焊打底)的焊接接头综合性能最好。