苗紅麗

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

1 補(bǔ)焊對(duì)A7N01鋁合金焊接接頭性能的影響

列車在運(yùn)行的過程中，難免會(huì)出現(xiàn)各種各樣的缺陷，尤其是焊接過程極容易出現(xiàn)問題，構(gòu)件存在著嚴(yán)重的質(zhì)量隱患，如果直接投入使用，很容易導(dǎo)致整個(gè)列車的運(yùn)行受到影響，情況較輕時(shí)則是構(gòu)建的報(bào)廢情況，嚴(yán)重時(shí)很有可能造成大量財(cái)產(chǎn)損失，甚至危及到乘客的生命安全，接頭補(bǔ)焊技術(shù)是去除構(gòu)件焊接缺陷的主要方法。對(duì)于列車來說，穩(wěn)定性能是第一原則，為了能夠解決在列車運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種焊接缺陷或者是缺陷造成的后續(xù)影響問題，必須對(duì)焊接接頭進(jìn)行定期的檢測(cè)與排查，如果發(fā)現(xiàn)問題要第一時(shí)間進(jìn)行處理，將出現(xiàn)缺陷的部位去除，然后利用補(bǔ)焊焊接將車身修復(fù)。

1.1 補(bǔ)焊對(duì)A7N01鋁合金的靜拉伸性能影響

分別對(duì)A7N01母材、焊接接頭以及補(bǔ)焊接頭進(jìn)行靜拉伸試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。從下表中可以看出，A7N01鋁合金其本身作為高強(qiáng)度的鋁合金材料，本身的力學(xué)性能十分優(yōu)秀，但其本身經(jīng)過焊接加工之后的母材各項(xiàng)力學(xué)性能受到的影響較大，屈服強(qiáng)度由母材的309MPa降低為209MPa，在之后的經(jīng)補(bǔ)焊加工后鋁合金其自身的力學(xué)性能出現(xiàn)了進(jìn)一步的受損，屈服強(qiáng)度較補(bǔ)焊前降低40%左右，約為118MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，補(bǔ)焊會(huì)對(duì)A7N01鋁合金的各項(xiàng)力學(xué)性能造成損害。

表1 鋁合金靜拉伸性能影響

1.2 補(bǔ)焊對(duì)接頭顯微組織的影響

對(duì)A7N01鋁合金焊接試樣進(jìn)行顯微組織觀察，發(fā)現(xiàn)部分?jǐn)嗔训貐^(qū)，在加熱的影響下焊接前后組織存在著明顯的差異，對(duì)相應(yīng)試樣進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)，無論是拉伸性能還是彎曲性能都存在著明顯的下降，尤其是抗拉強(qiáng)度，軟化現(xiàn)象十分明顯。發(fā)現(xiàn)A7N0鋁合金其未熔斷的區(qū)域與其他的區(qū)域相比，結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有明顯的變化，但是根據(jù)凝固理論可以得知，熔合區(qū)會(huì)形成柱狀晶體，與上述晶體狀態(tài)存在著明顯的差距，一般來說多次循環(huán)熱利用能夠彌補(bǔ)焊接后接頭的熱影響，但是沖擊韌性會(huì)大幅度下降。

1.3 一次二次補(bǔ)焊之后對(duì)A7N01鋁合金焊接接頭的疲勞性影響

受焊接條件的限制，一次補(bǔ)焊往往并不能獲得滿足質(zhì)量要求的焊縫，這就需要進(jìn)行多次返修，多次補(bǔ)焊導(dǎo)致會(huì)導(dǎo)致A7N01鋁合金焊接接頭處的殘余應(yīng)力發(fā)生變化，對(duì)A7N01鋁合金補(bǔ)焊前后的焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：A7N01鋁合金補(bǔ)焊的過程當(dāng)中填充金屬的冷卻收縮其本身受周圍冷金屬的限制，使得最終合金造成的壓縮塑性變形與補(bǔ)焊前的材料相互疊加，這會(huì)導(dǎo)致焊縫金屬的應(yīng)變硬化更加嚴(yán)重，焊縫周圍的拘束度升高，造成殘余應(yīng)力不斷上升[4]。

2 多層多道焊接對(duì)A7N01鋁合金焊接接頭的殘余應(yīng)力分析

2.1 多層多道焊接對(duì)A7N01鋁合金焊接接頭應(yīng)力的影響

對(duì)焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)定，以此來判斷材料的恢復(fù)長度對(duì)焊接接頭參數(shù)的影響。利用專業(yè)的分析軟件來進(jìn)行計(jì)算焊接后的殘余應(yīng)力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明如果焊縫的縱向應(yīng)力增加，橫向應(yīng)力減小，而隨著焊接的次數(shù)不斷增加，縱向應(yīng)力的變化并不是很大，但是橫向盈利卻有著明顯的增加，通過對(duì)這些應(yīng)力分析不難發(fā)現(xiàn)，多次焊接之后，T型接頭的應(yīng)力集中系數(shù)明顯降低，可以提高接頭的抗疲勞強(qiáng)度。由上述實(shí)驗(yàn)可以得知，多層多道焊接對(duì)接頭的性能有著不同的影響，采取焊接工藝的時(shí)候要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況特點(diǎn)進(jìn)行焊接方法的選擇，以此來滿足街頭對(duì)沖擊韌性以及其他加工性能的要求。另外要根據(jù)焊接前后的使用壽命來確定焊接的依據(jù)。

2.2 車體底架裝焊工藝對(duì)殘余應(yīng)力的影響

大量的實(shí)驗(yàn)研究表示，焊接殘余應(yīng)力是影響強(qiáng)度的主要因素，因此必須對(duì)殘余應(yīng)力對(duì)疲勞壽命的影響進(jìn)行分析。斷裂力學(xué)已經(jīng)具有了一定的理論體系，在研究壽命的過程中必須從裂縫的產(chǎn)生以及暗傷的積累等多個(gè)方面影響進(jìn)行分析。通常判斷焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生可能是由于在焊接的過程當(dāng)中焊接溫度的不均勻引起，或是由于材料內(nèi)部的熱循環(huán)作用造成的，因此需要在進(jìn)行熔斷的過程中保證溫度的均衡，確定拘束程度以及殘余應(yīng)力的提高程度。

2.3 疲勞裂紋擴(kuò)展速度

疲勞裂紋擴(kuò)展的速率與應(yīng)力強(qiáng)度有著直接的關(guān)系，應(yīng)該將某某合金材料分成三個(gè)區(qū)域進(jìn)行分別計(jì)算，在已經(jīng)產(chǎn)生裂紋或者有萌發(fā)情況的情況下進(jìn)行服役。利用公式計(jì)算出已有裂紋的情況下的使用壽命，在根據(jù)材料的疲勞擴(kuò)展速度以及周圍環(huán)境的影響進(jìn)行全方位的驗(yàn)算。利用MTS810材料試驗(yàn)機(jī)專用引伸計(jì)實(shí)時(shí)高速地采集試樣的載荷、位移與時(shí)間（循環(huán)次數(shù)）的數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)利用柔度法進(jìn)行處理，得到疲勞裂紋擴(kuò)展過程中的實(shí)時(shí)裂紋長度a利用MATLAB編程處理數(shù)據(jù)，得到a-N曲線。

3 A7N01鋁合金焊接接頭的可靠性評(píng)估方法

焊接過程中很容易出現(xiàn)氣孔，裂紋等等現(xiàn)象。因此在進(jìn)行街頭焊接的時(shí)候，要評(píng)定各種缺陷的尺寸，每一次力焊接的力都是不均勻的，應(yīng)該進(jìn)行線性化處理。如果表面存在著較大的缺陷，會(huì)對(duì)評(píng)估結(jié)果造成不一定的影響。

因此對(duì)列車整體框架進(jìn)行安全性評(píng)估的時(shí)候，要著重對(duì)A7N01鋁合金的焊接接頭剩余壽命進(jìn)行評(píng)估，使其始終滿足列車的實(shí)際使用要求，確保其使用壽命，一直確定在安全期限以內(nèi)，只有這樣才能夠?qū)ζ渌课坏钠趬勖M(jìn)行驗(yàn)算，評(píng)估方法如下。

3.1 安全評(píng)估方法

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，通常會(huì)采用應(yīng)力法來對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，對(duì)于A7N01鋁合金的焊接接頭進(jìn)行安全性能的評(píng)估，隨著材料的應(yīng)用的頻率不斷增加，材料本身不可避免的出現(xiàn)缺陷，這些因素會(huì)被考慮到安全系數(shù)之中，如果缺陷沒有對(duì)結(jié)構(gòu)造成影響，可以應(yīng)用彈線性斷裂力學(xué)，彈塑性斷裂力學(xué)計(jì)算鍛煉力學(xué)等方法進(jìn)行計(jì)算，評(píng)估材料本身在使用之后的安全性能高低，來衡量是否進(jìn)行更換或補(bǔ)焊。

在進(jìn)行評(píng)估的過程中，評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)由立場(chǎng)強(qiáng)度因子決定，主要以應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子K來作為標(biāo)準(zhǔn)，即通常所說的K判據(jù)。

3.2 疲勞剩余壽命評(píng)估

對(duì)疲勞強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估，主要是對(duì)焊接接頭以及焊接材料進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的分析。這些分析方法都可以交叉使用，又可以獨(dú)立使用，隨著力學(xué)的不斷發(fā)展，評(píng)價(jià)疲勞強(qiáng)度的方法也在不斷的多樣化，對(duì)這些裂縫進(jìn)行可行性分析之后能夠得出能量理論。最終確定平均應(yīng)力對(duì)裂縫擴(kuò)展速率的影響。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)關(guān)系著許多行業(yè)的發(fā)展與改革，因此必須針對(duì)時(shí)代發(fā)展對(duì)列車技術(shù)進(jìn)行研究，以此來提高列車框架的承載能力以及使用壽命，A7N01鋁合金焊接性能較好，在車體結(jié)構(gòu)中應(yīng)用范圍十分廣泛，因此本文對(duì)A7N01鋁合金補(bǔ)焊焊接接頭靜態(tài)力學(xué)性能和疲勞性能進(jìn)行研究，并對(duì)多層多道焊對(duì)焊接接頭進(jìn)行分析，探索了接頭安全性評(píng)估的基本方法。利用力學(xué)方法確定焊接接頭的疲勞壽命，從而為焊接及補(bǔ)焊工藝的制定提供可靠的參考依據(jù)。車體補(bǔ)焊接頭可靠性評(píng)價(jià)對(duì)列車安全性評(píng)價(jià)具有重要的意義，這也為我國列車安全可靠運(yùn)營打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。