6082鋁合金三次焊接修補后的疲勞性能研究

陶富文，崔云龍

（1.南京浦鎮(zhèn)海泰制動設(shè)備有限公司，江蘇 南京 210031；2.西南交通大學 材料學院，四川成都 610031）

0 概述

近年來我國高速鐵路事業(yè)迅猛發(fā)展，而制約高速鐵路事業(yè)發(fā)展的重要因素是列車在高速行駛時的安全可靠性[1]。其中，結(jié)構(gòu)的疲勞失效是高速列車失效形式中最常見的一種，焊接接頭的疲勞可靠性在很大程度上決定著高速列車車體運行的安全可靠性[2]。焊接修補是高速列車底架焊接的常見操作，而鋁合金在經(jīng)過多次焊接修補后容易導(dǎo)致接頭疲勞性能的下降[3]，EN1090-3標準中規(guī)定，鋁合金焊接修補次數(shù)不宜超過兩次。為了探究經(jīng)過三次焊接修補之后接頭的疲勞性能能否滿足使用要求，本課題以高速列車底架常用材料6082鋁合金研究對象，對三次焊接修補后的接頭的疲勞性能進行研究，為高速列車底架焊接提供參考。

1 試驗材料、設(shè)備及方法

1.1 試驗材料

試驗材料為16 mm厚T6狀態(tài)的6082鋁合金軋制板材。填充焊絲型號ER5356，直徑φ1.2 mm。母材及填充焊絲的化學成分如表1所示。

1.2 焊接工藝

焊接修補模擬試驗所采用的接頭類型、焊接方法及工藝參數(shù)與實際焊接一致。焊接方法為MIG半自動焊接，焊接坡口為帶襯墊單邊V型坡口，坡口具體尺寸及焊接順序如圖1所示，焊接工藝參數(shù)見表2。按照上述焊接工藝進行三次焊接修補之后，使用所焊的試板加工疲勞試樣。

表1 母材及填充焊絲的化學成分%

表2 焊接工藝參數(shù)

圖1 坡口具體尺寸及焊接順序

1.3 疲勞試樣加工

由于所焊試板存在較大的焊接變形，取樣之前先將板件上下表面銑去一定厚度進行找平。為了不影響材料軸向疲勞性能，加工時銑削方向始終與焊縫線垂直。

參照GB/T 13816-1992金屬軸向疲勞試驗方法設(shè)計疲勞試樣。本試驗的疲勞試樣設(shè)計成帶圓弧的變截面形狀，具體形狀和尺寸如圖2所示。由于上下表面及圓弧面均為加工面，為避免表面質(zhì)量對疲勞性能的影響，這些面均需要進行磨削加工，表面粗糙度達到Ra1.6以上。按給定尺寸和試驗要求，共加工六個疲勞試樣。

1.4 試驗設(shè)備及方法

圖2 疲勞試樣具體尺寸

參照標準XIII-2151r2-07_r23 IIW《焊接接頭及結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計》及車輛設(shè)計時計算所得的疲勞強度要求，在垂直焊縫方向上加載28MPa應(yīng)力的條件下，循環(huán)次數(shù)達到107次沒有斷裂視為合格。實際試驗按上述要求設(shè)計載荷，試驗應(yīng)力比R=0.1，σmax=28MPa，σmin=2.8 MPa。疲勞試驗所采用疲勞試驗機型號為USF-2000。

2 試驗結(jié)果和分析

對六根疲勞試樣進行高頻疲勞試驗，試驗結(jié)果表明，1#、2#、4#和5#試樣經(jīng)過107次以上循環(huán)后，試樣表面并未出現(xiàn)裂紋。3#試樣在尚未達到指定循環(huán)周次的情況下出現(xiàn)裂紋，裂紋位于焊趾處。6#試樣達到了指定的循環(huán)周次，但其表面存在一條長約5 mm的淺裂紋，裂紋位于焊縫熱影響區(qū)。

6082鋁合金為熱處理強化鋁合金，對焊接熱過程敏感[4]。6082鋁合金在經(jīng)過三次焊接修補后，因為重復(fù)受熱，極易造成焊縫附近的母材晶粒粗大并且容易引發(fā)再熱裂紋等焊接缺陷，導(dǎo)致焊接接頭的疲勞性能下降，所以本試驗的六根疲勞試樣中有兩根未能達到疲勞強度要求。

3 結(jié)論

高速列車底架常用材料6082鋁合金焊接修補三次后，接頭的疲勞性能無法滿足使用要求。6082鋁合金焊接修補次數(shù)不宜超過兩次。

：

[1]金學松，郭 俊，肖新標，等.高速列車安全運行研究的關(guān)鍵科學問題[J].工程力學，2009（26）：8-22.

[2]薛 華.高速列車用A6N01S和A7N01S鋁合金焊接接頭疲勞裂紋擴展速率研究[D].天津：天津大學，2007.

[3]于金朋，張立民，張衛(wèi)華，等.多次焊補對高速列車鋁合金焊接接頭的影響[J].焊接學報，2012，33（11）：77-82

[4]許鴻吉，唐海鷹，劉志平，等.6082鋁合金MIG焊焊接接頭組織與力學性能研究[J].金屬鑄鍛焊技術(shù)，2010，39（1）：131-133.