[发明专利]高速列车铝合金焊接结构的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声冲击技术消除焊接接头残余应力以及提高疲劳性能的领域。

背景技术

近年来我国高速铁路集中、快速的发展，高速列车也随之迅猛发展。而高速列车的安全可靠性是制约高速列车发展的主要因素。焊接是高速列车车体集成的关键技术，焊接接头的可靠性决定着高速列车车体的安全可靠性。影响焊接接头可靠性的主要因素是焊后的残余应力和列车运行时动载作用下接头的疲劳性能。由于高速列车车体铝合金热导系数高、线膨胀系数大、结构复杂，高速列车车体铝合金焊接接头的残余应力非常严重。残余应力的存在会严重影响焊接构件的性能和安全可靠性，导致焊接构件的尺寸和结构的不稳定、降低装配精度等问题，而且还会与焊接缺陷等因素交互作用，影响焊接车体结构的强度等性能，降低车体结构的安全可靠性。另一方面，据统计铝合金结构件中90%的断裂是由焊接接头承受重复性动载的焊接接头的疲劳破坏引起的，并且构件的疲劳失效往往是突发的灾难性的，是引发安全事故的重要原因。因此消除高速列车铝合金焊接接头的残余应力改善接头疲劳性能可以显著提高其使用寿命和安全可靠性，对高速铁路事业的发展具有十分重要的现实意义。

目前降低和改善残余应力的方法主要有预拉伸法、热时效法、自然时效法、振动时效法和超声冲击法等。但是高速列车车体焊接部位多是形状结构复杂的型材，焊后拉伸应力场和变形场的分布难以模拟和预测，因此预拉伸法无法准确的估计焊后的变形规律，因此不适合消除高速列车铝合金接头的残余应力。而热处理法和自然时效法需要大量电能和加工时间，耗费的成本和时间太多。振动时效法需要大量的实验和理论知识，对操作人员经验要求高，并且设备噪声大，而且在线消应力等限制了其在高速列车车体焊接接头消应力上的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速列车铝合金焊接结构的处理方法，以解决高速列车车体焊接部位多是形状结构复杂的型材，现有技术难以适应复杂焊接结构的缺点。本发明包括下述步骤：一、针对焊接部位属于焊缝、焊趾、热影响区、母材全焊缝区域四种情况选择超声冲击压头，所述超声冲击压头的横截面为“条形”或“圆形”；针对焊缝和焊趾选择横截面为“条形”超声冲击压头，针对热影响区和母材全焊缝区域选择横截面为“圆形”超声冲击压头；二、把选中的超声冲击压头装配到超声冲击设备上；三、开启超声冲击设备对铝合金焊接结构的表面进行逐个位置的冲击处理，冲击处理的各个位置均匀排布且相邻，在铝合金焊接结构的表面形成10μm的纳米层。

针对高速列车的车体焊接接头，超声冲击处理技术的执行机构具有轻巧灵活、效率高、噪声小、成本低等优势，但是由于高速列车铝合金的接头结构复杂，残余应力场分布规律等尚不明晰，因此超声冲击法在高速列车铝合金残余应力消除上目前尚未得到应用。另一方面，改善接头的疲劳性能方面，超声冲击法能够大幅提高钢材的疲劳性能已经得到证实，而其对铝合金焊接接头的疲劳性能的影响则尚未有系统的研究。本发明的目的在于将超声波冲击技术实施与高速列车铝合金构件中，消除接头的残余应力、改善其疲劳性能，提高高速列车运行的安全可靠性。

附图说明

图1是实施例1表1中所取得测试值的测试点分布示意图，图2是实施例2中疲劳试样尺寸图，图3是铝合金焊接结构冲击前后试样疲劳性能比较图，横坐标是“次数”，纵坐标是Δσ（单位为兆帕斯卡），图4是实施例3中不同工艺的X射线衍射谱线对比图，横坐标是θ（°），纵坐标是无量纲物理量，没有单位。图中曲线至上而下分别对应超声冲击的激励电流在2.2A，冲击时间为30min，40min，45min，50min，60min时X射线衍射谱线（均为本发明的实施例范围内）。图5是平均晶粒尺寸示意图，从图中可以看到尺寸/应变：晶粒尺寸(A)=378(29)，应变=0.1348(0.01441)％，ESD拟合=0.000499，误差=0.988。

具体实施方式