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S355J2钢焊接区锤击预压应力处理对疲劳性能的影响
| 论文题名： | S355J2钢焊接区锤击预压应力处理对疲劳性能的影响 |
| 关键词： | 高铁转向架;钢焊接区;锤击处理;预压应力层;疲劳性能 |
| 摘要： | 转向架是高铁列车极其重要的组成部分，它对列车运行安全性起着决定性的作用。然而转向架焊接处极易产生疲劳失效，造成安全事故，严重威胁人们的生命财产安全。因此，对焊接处进行强化处理以提高其疲劳性能是非常必要的。锤击法与其他强化方法相比成本低、操作简单、适用范围广，能有效在焊接结构表面引入残余压应力进而提高焊接处疲劳性能。为探究锤击处理后材料内部的塑性区分布规律以取得最好的强化效果，本研究通过自制锤击装置，以列车转向架所使用S355J2钢为研究对象，对S355J2母材和焊缝进行了锤击试验，利用抵紧锤击法对锤击产生的塑性区进行了深入研究；探究了锤击处理对S355J2钢焊接接头的疲劳性能影响，并通过疲劳试验对比锤击前后的疲劳性能变化，为锤击法在高铁转向架焊接结构强化方向上的应用提供了技术依据。实验的结果表明： （1）S355J2母材和焊缝的锤击塑性区在抵紧面上均呈圆形，在空间上呈球形。锤击塑性区深度和面积均随着锤击行程增加而增大。相同锤击行程下，母材的塑性区深度和面积均大于焊缝，硬度越大塑性区越小，在本锤击试验中母材和焊缝锤击塑性区的最大深度分别为3.25mm和3.05mm。单点锤击次数不影响塑性区深度。多点锤击塑性区是单点锤击塑性区的空间叠加，锤击点间距会影响塑性区的空间叠加结果。 （2）从有限元分析结果上看，内部塑性区形貌与抵紧锤击试验的塑性区形貌相同，通过对比S355J2钢塑性区深度试验数据与有限元塑性区深度模拟结果，发现两者非常接近且规律性相同，证明了抵紧锤击法的可靠性。 （3）通过疲劳试验发现锤击处理有效提升了S355J2焊接接头的疲劳性能，且预压力层越深，焊接接头的疲劳性能越好。未锤击强化处理的焊态试样条件疲劳极限为179.97MPa；60mm锤击高度锤击强化试样的疲劳极限为194.73MPa，较焊态提升8.2%；100mm锤击高度锤击强化试样的疲劳极限为202.86MPa，较焊态提升了12.7%；三遍100mm锤击高度锤击强化试样的疲劳极限为223.15MPa，较焊态提升了24%，且疲劳数据比较稳定。在相同应力幅下，三遍锤击处理的焊接接头疲劳寿命可提高5倍以上。 （4）焊态试样均在焊缝处断裂，锤击强化的试样基本在母材处断裂，锤击处理对焊缝产生了明显的强化作用。锤击前后试样的疲劳断口均存在裂纹源区、裂纹扩展区及瞬断区，但是形貌有所差别。在扩展区内都存在撕裂棱、解理台阶，但锤击后的试样疲劳辉纹相对焊态不明显。在断口不同区域可看到一些二次裂纹和冰糖状组织。焊态试样和锤击试样在裂纹扩展末期发生塑性断裂，可见大量的断裂韧窝，表面呈暗灰色纤维状。 |
| 作者： | 李增鑫 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 王瑛玮;张严军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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