钢轨压焊顶锻变形热/力模拟研究

采用美国先进的Gleeble-2000热模拟试验机,对高速铁路轨道用U71Mn钢轨的对焊顶锻变形过程进行了热力模拟试验。研究了不同加热条件下,钢轨顶锻所需压力的大小;探索了在相同加热条件下,钢轨钢在顶锻变形过程中的顶锻量、顶锻速度以及带电顶锻时间对接头焊接质量的影响规律。实验结果为合理制定钢轨对焊工艺,有效控制焊轨质量,为列车安全运行提供了试验数据和理论依据。     

焊接速度对304/430异种不锈钢搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响

采用搅拌摩擦焊技术对304奥氏体与430铁素体异种不锈钢进行了焊接。分析了不同焊接速度对焊接接头组织结构以及力学性能的影响。结果表明,将304不锈钢置于前进侧,在轴肩下压量0.2 mm,停留时间10 s,800r/min的转速下,采用30 mm/min的焊接速度能获得成形较好的接头,焊核区的铁素体及奥氏体相混合均匀,晶粒细小,形成了良好的机械和冶金结合。随着焊接速度的增加,抗拉强度和伸长率先增加后减小,当焊接速度为30 mm/min时,抗拉强度和伸长率最大,分别达到393.51 MPa和18.59%。拉伸断口在焊缝附近的铁素体不锈钢侧,断口具有韧性断裂特征。     

现场钢轨拉伸锁定闪光焊技术研究

现场钢轨拉伸锁定焊接技术通过改变原有闪光焊过程控制方式和现场施工组织方案，将闪光焊过程分为加热和顶锻2个阶段分控，加热阶段长钢轨处于自由状态，顶锻阶段通过拉伸钢轨实现顶锻的同时恢复线路锁定轨温，采用闪光焊和感应热处理一体机，在焊接和焊后热处理过程中实现全程保压，焊接质量稳定可靠。闪光焊拉伸线上锁定焊接工艺可同时解决目前线路施工中的合龙口焊接及线路恢复锁定轨温的难题，实现岔区、胶结绝缘外无缝线路全部可采用闪光焊完成的技术突破。     

钢轨闪光焊接工艺与接头落锤试验分析

试验采用YHG-1200TH型移动式钢轨闪光焊机,焊接武钢60 kg/m U71Mn G热轧态钢轨.通过观察分析焊接曲线中闪平、脉动闪光、加速闪光与顶锻保压各阶段电流、电压、钢轨位移、压力等因素,结合接头落锤试验情况,调整并优选出合理工艺参数;分析焊接热输入与顶锻量间的搭配关系及接头抗落锤次数,观察断口与接头显微组织.结果表明,试验用钢轨闪光焊接热输入在11.5~12.5 MJ之间且顶锻量在15~16 mm之间时,接头抗落锤情况较集中,质量稳定性好;合理工艺参数焊接且经落锤检验合格的接头断口无明显缺陷,焊缝及热影响区组织为珠光体和少量铁素体,未见马氏体、贝氏体组织或其它缺陷.     

焊接工艺对钢轨闪光焊接头性能的影响

在不同热输入和不同顶锻量等焊接工艺条件下,对TB60廓型R260钢轨移动闪光焊接头纵断面硬度、热影响区宽度及拉伸、冲击等性能进行了研究。结果表明,随着焊接热输入的增大,钢轨闪光焊接头热影响区宽度也越大,但纵断面硬度趋于平缓;随着顶锻量的增加,钢轨闪光焊接头纵断面硬度间差值先增大后减小,热影响区宽度基本呈减小趋势;不同顶锻量条件下的钢轨闪光焊接头冲击及拉伸性能相差不大。     

奥贝体钢轨和珠光体钢轨气压焊接头界面行为及力学性能分析

采用气压焊对U26Mn奥贝体钢轨和U75V珠光体钢轨混焊进行研究,通过OM、SEM、冲击、拉伸、硬度试验探究异种钢轨气压焊接头焊缝界面的冶金结合特征与力学性能水平。结果表明:气压焊接头焊缝界面两侧存在元素扩散行为,焊缝界面金属在热机循环作用下发生了交互结晶和再结晶,冶金结合良好(除轨底脚外);焊态接头平均强度达到贝氏体钢轨母材的86%,正火态接头平均强度达到贝氏体钢轨母材的90%;焊态接头轨顶面平均硬度、软化区平均硬度及宽度均满足TB/T1632《钢轨焊接》标准要求;接头中存在硫化物夹杂,对接头冲击韧性有较大影响。     

K系列固定焊机顶锻系统改造及顶锻工艺

顶锻是钢轨闪光焊接的关键阶段,K系列焊机具有加热宽度窄、加热温度场陡等特点,但顶锻力和顶锻速度等顶锻性能参数相比于GAAS80类固定焊机有所欠缺,从K1000固定式焊机顶锻控制程序和顶锻油路结构两个方面进行改造,以提高顶锻速度和保压能力,提高带电顶锻阶段功能为目的。结果表明:经过硬件方面的调整和优化,满足了顶锻工艺参数的调整范围,提高了钢轨焊头质量,特别针对U75V类钢轨和耐蚀轨等高合金钢种,有着积极的效果。     

U75V钢轨钢晶粒长大模型及其在焊接中的应用

钢轨闪光焊焊接接头晶粒尺寸影响着焊接接头的耐磨性能等力学性能。为此,对高速、重载无缝铁路中大量应用的U75V钢轨进行等温淬火试验,测量其在800～1 100℃范围内的不同加热温度和保温时间下的平均晶粒尺寸。结果表明:当温度在800～950℃时,晶粒长大速度较小,平均长大速度约为0.4μm/min;温度在950～1 100℃时晶粒长大速度加快,平均长大速度约为1.6μm/min。在此基础上建立了U75V钢轨钢在等温条件下晶粒长大的数学模型。利用有限元分析软件Abaqus建立了钢轨闪光焊模型,分析不同温度场对接头晶粒尺寸的影响,并通过实验验证了模拟的正确性。     

焊接参数对AlCuLi合金搅拌摩擦焊接头微观结构和力学性能的影响

在不同的搅拌头转速及焊接速度下,对2 mm厚AlCuLi合金进行了搅拌摩擦焊接.结果表明,焊核区由细小等轴再结晶晶粒组成.随搅拌头转速增加,晶粒尺寸逐渐增加;随焊接速度增加,晶粒尺寸略有减小.TEM分析表明,焊核区的析出相大部分溶解,在随后的冷却过程中形成粗大的析出相,而在热影响区析出大量的粗大平衡相.在较低的焊接速度(80 mm/min)下,接头在热影响区的硬度最低点发生断裂,随搅拌头转速增加,接头强度逐渐升高,最高可达母材的87%,延伸率约为10%.而在较高的焊接速度(200 mm/min)下,搅拌头转速较低时,焊核区材料流动不充分,样品在焊核处发生断裂,强度较低,SEM分析表明,断口出现材料流动不充分导致的缺陷;随搅拌头转速增加,断口处缺陷明显减少,对强度影响不显著,接头强度可达母材的84%.     

航空用铝合金2024摩擦焊接工艺参数优化及显微组织（英文）

开展航空用铝合金2024的连续驱动摩擦焊工艺优化试验,并表征焊接接头的显微组织演变。结果表明,摩擦压力是影响焊接接头抗拉强度的最显著因素,而采用适中的摩擦压力匹配较短的摩擦时间和较高的顶锻压力更易获取较高抗拉强度的接头。采用田口分析优化后的焊接工艺参数,焊后接头抗拉强度能够达到原始母材的92%。通过解析求解得到优化焊接工艺参数下焊接过程中摩擦界面的峰值温度处于779-794K,与试验测量结果吻合良好。由于高温和塑性变形的影响,摩擦界面的晶粒发生动态再结晶后尺寸明显细化。热影响区的晶粒细化有限,大部分原始晶粒受塑性流动影响发生变形。在摩擦阶段由于界面区域原始强化相发生固溶,且在随后冷却中二次析出不完全,最终导致摩擦界面的显微硬度降低。     

基于AMESim软件的钢轨气压焊顶锻系统仿真

随着高速铁路的快速发展,对钢轨接头的要求也越来越高.气压焊适用于无缝线路的单元焊和锁定焊.其中顶锻过程是影响焊接质量的重要因素,研究影响顶锻过程的因素有利于改善焊接质量.采用AMESim仿真软件搭建项锻系统模型,根据气压焊的工艺要求设置子模型的各项参数,分析在顶锻过程中活塞杆的运动情况,得出溢流阀自身的特性直接影响顶锻...     

焊接参数对7A04铝合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能的影响

采用不同的焊接参数对3 mm厚7A04铝合金板进行焊接,并对接头的组织、沉淀相、力学性能及断口形貌进行了分析. 结果表明,焊核区组织发生动态再结晶,形成细小的等轴晶粒,热影响区晶粒发生明显粗化. TEM分析结果显示,经搅拌摩擦焊后,焊核区部分沉淀相溶解. 焊核区晶粒尺寸随焊接速度增大而减小. 当焊接速度为120 mm/min,旋转速度为800 r/min时,接头强度达到最大值 454.2 MPa,为母材的95%,断后伸长率为3.97%,为母材的70%. 硬度测试显示搅拌摩擦焊接头发生软化,焊缝区域硬度低于母材,硬度值最低点出现在热影响区;拉伸断口形貌SEM图像表明接头断裂方式为韧性和脆性混合型断裂.     

AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头组织和冲击性能分析

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为6 mm的AZ31镁合金轧制板进行对接焊,研究了其焊接接头的微观组织和冲击性能.结果表明:焊接接头的焊核区组织为细小、均匀的等轴晶,热影响区晶粒局部细化;焊接接头的冲击性能高于母材;其冲击断口虽均呈韧脆混合型,但焊核、热影响区的塑性断裂特征较母材明显.     

摩擦焊接工艺参数的测量

摩擦焊接是一种先进的、高效率的非熔加压焊接方法。它与一般压力焊不同的是,热源来自工作的相对转动。高速相对转动的两个焊件,其界面被加热的金属产生周向的塑性流动,同时受轴向顶镦加压的复合作用,对界面氧化物的击碎和挤出特别有利。因此,摩擦焊在合理的规范下可以获得良好的焊接接头。摩擦焊接的加热是藉在轴向压力作用下     

现场钢轨闪光焊动夹动态响应仿真分析

闪光焊作为无缝线路现场钢轨焊接最主要的方法,其加热主要通过短路液桥电阻热实现,因此液桥存在的时间影响着加热与端面状态,而液桥存在时间又受焊机动夹动态性能的影响。针对现场钢轨闪光焊的具体施工工况,以实际系统为基础,在MATLAB环境下运用Sim Hydraulics软件建立闪光焊机顶锻系统的液压仿真模型,并针对油路系统的不同结构参数以及负载变化等情况,仿真分析动夹动态响应。结果表明:通过适当减小油管直径和油管长度以及增大机头液压系统压力等方式能够有效提高动夹的动态响应速度,焊接环境变化时,可通过改变液压系统设置值和调整控制算法来保证环境变化后的焊机动夹动态响应,为现场焊接质量保证提供方向。     

核电钢筋预埋件摩擦焊接工艺研究

利用研制的专用多工位预埋件摩擦焊设备,分别采用正交试验、焊接工艺评定、批量试验和模拟试验,针对典型规格核电钢筋预埋件开展了系列工艺研究。结果表明:顶锻量是影响钢筋预埋件摩擦焊接头抗拉强度的重要变素,而顶锻量的影响因素由大到小依次为二级摩擦压力、顶锻压力、二级摩擦时间、转速;针对Ф16 mm、Ф20 mm、Ф22 mm、Ф25 mm、Ф32 mm五种典型规格钢筋,通过焊接工艺评定试验得出了合格的摩擦焊参数;批量焊接的摩擦焊接头经拉伸试验和弯曲试验全部合格,证明了摩擦焊接设备和工艺的适用性和可靠性,为摩擦焊接技术在核电中的应用提供一定的参考。     

工具钢超塑性固态焊焊接面断口特征区域分析

采用扫描电镜及俄歇微探针等检测手段,通过对40Cr/T10A、Cr12MoV钢超塑性固态焊接过程中焊接面断口的观察分析,认为超塑性固态焊接接头形成过程中焊接面各微区焊合状态是非均匀的,并呈现出不同的断口形貌特征;若按微观上断口形貌特征分类,整个断口可分为类原始界面区、准冶金结合区和冶金结合区3个特征区域;接头形成过程可描述为冶金结合区、准冶金结合区逐渐增大而类原始界面区逐渐减小的过程.     

TC4钛合金惯性摩擦焊接头塑性金属流动行为研究

分别对相同焊接面积和不同焊接面积的TC4钛合金棒材进行惯性摩擦焊试验,通过镶嵌标示材料的方法,探讨了其焊缝附近塑性金属的流动行为。研究表明,在焊接过程中,焊缝附近塑性金属呈两种运动方式:焊缝面的水平圆周运动和焊缝厚度方向的螺旋前进运动。当焊接面积相同时,塑性金属在摩擦扭矩、顶锻压力和"X"形焊缝的作用下,以螺旋的流动方式向焊缝流动。外缘塑性金属最先流出焊缝形成最初的飞边,随后内部金属流出形成接近焊缝的飞边。当焊接面积不同时,在摩擦扭矩、顶锻压力和"弧"形焊缝的作用下以螺旋的流动方式向焊缝流动,细端外缘塑性金属最先流出焊缝形成最初的飞边,随后细端内部金属流出形成接近细端焊缝的飞边,当细端飞边达到与粗端焊接面积相同时粗端才会出现飞边。     

焊后正火工艺对钢轨接头强韧性的影响

针对60 kg/m U75VG钢轨焊后正火如何最大限度地获得细化晶粒效果问题,选择了加热气体流量、加热时间和冷却速度三因素,按照三因素三水平的正火正交试验设计方案,开展了正火工艺试验研究。结果表明:采用最佳的焊后正火工艺,对闪光焊接头进行焊后正火热处理,能使接头晶粒明显细化(晶粒度达到9级左右),冲击韧性明显提高,提高了钢轨焊接接头的强韧性。     

钢轨闪光焊焊接断裂分析

应用金相和电镜方法对75kg／m断轨的金相组织、断口形貌进行了分析。结果表明,闪光焊焊接时锻量不足,加之焊缝在正火后冷速较快形成粗大马氏体组织是造成钢轨早期断裂的原因。