本文摘要：【摘要】為解決地鐵車輛抗側(cè)滾扭桿座及枕梁下蓋板補(bǔ)板裂紋對(duì)車體安全運(yùn)營(yíng)的影響，對(duì)產(chǎn)生裂紋區(qū)域及裂紋附近區(qū)域進(jìn)行金相分析及有限元分析。通過(guò)金相組織觀察和計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析裂紋產(chǎn)生的原因。枕梁下蓋板補(bǔ)板在板厚中部區(qū)域附近角焊縫引起有一定的殘余
【摘要】為解決地鐵車輛抗側(cè)滾扭桿座及枕梁下蓋板補(bǔ)板裂紋對(duì)車體安全運(yùn)營(yíng)的影響，對(duì)產(chǎn)生裂紋區(qū)域及裂紋附近區(qū)域進(jìn)行金相分析及有限元分析。通過(guò)金相組織觀察和計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析裂紋產(chǎn)生的原因。枕梁下蓋板補(bǔ)板在板厚中部區(qū)域附近角焊縫引起有一定的殘余拉伸應(yīng)力，這是引起其產(chǎn)生脆性開裂裂紋的因素。
【關(guān)鍵詞】裂紋;鋁合金材料;金相;靜強(qiáng)度
1引言
問(wèn)題描述：地鐵車輛運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)枕梁下蓋板補(bǔ)板出現(xiàn)裂紋，對(duì)枕梁下蓋板補(bǔ)板、立板及扭桿座進(jìn)行探傷，普查發(fā)現(xiàn)枕梁下蓋板補(bǔ)板出現(xiàn)裂紋，裂紋長(zhǎng)度由10到90mm不等;立板裂紋，裂紋長(zhǎng)度為38mm。扭桿座焊縫出現(xiàn)裂紋，裂紋長(zhǎng)度約為10mm。
2原因分析
為了從根本解決裂紋問(wèn)題，對(duì)裂紋產(chǎn)生原因進(jìn)行了詳盡的分析。宏觀及裂紋檢查：著色探傷顯示有明顯的裂紋，切下裂紋的實(shí)物有殘留的焊縫痕跡,打磨后殘余的裂紋位于板厚中部區(qū)域;裂紋打開后的斷口形貌補(bǔ)強(qiáng)板裂紋打開后的斷口形貌呈現(xiàn)有一定起伏的木紋狀和魚鱗片狀復(fù)合型斷口,斷口附近無(wú)塑性變形，因此,可確定補(bǔ)強(qiáng)板上的裂紋屬于脆性裂紋,其斷口屬于脆性斷口。(2)金相檢測(cè)金相檢測(cè)補(bǔ)板上局部存在有呈現(xiàn)平行狀分布的多條裂紋，該多條裂紋均是沿著不連續(xù)的黑色小孔洞和金屬銜接不連續(xù)的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)展的，結(jié)合其木紋狀脆性斷口特征，可以確定補(bǔ)板在開裂位置處存在有焊合不良缺陷。
我們針對(duì)抗側(cè)滾扭桿安裝吊座補(bǔ)板進(jìn)行裂紋理化分析，得出如下結(jié)論：該補(bǔ)板在板厚中部區(qū)域內(nèi)局部存在有焊合不良，在其附近角焊縫引起有一定的殘余拉伸應(yīng)力，這是引起其產(chǎn)生脆性開裂裂紋的一個(gè)因素，并且補(bǔ)板材料為7020-T6合金，屬于7000系合金，此系列合金特性為耐應(yīng)力腐蝕能力非常弱，難以在非常復(fù)雜的受力、腐蝕、運(yùn)營(yíng)環(huán)境下保持較好的抗應(yīng)力腐蝕性能，出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋，是引起裂紋的主要原因。
3解決方案
由于枕梁下蓋板補(bǔ)板及立板材料本身存在缺陷，為了徹底解決枕梁下蓋板補(bǔ)板及立板裂紋問(wèn)題，將所有枕梁下蓋板補(bǔ)板、立板、抗側(cè)滾扭桿座材質(zhì)全部由7020-T6更換為6082-T6，執(zhí)行EN573-3、EN755-2標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)全部更換枕梁下蓋板補(bǔ)板、立板、抗側(cè)滾扭桿座修復(fù)方案，對(duì)其可行性做了充分的計(jì)算論證。更換枕梁下蓋板補(bǔ)板、立板、抗側(cè)滾扭桿座后，對(duì)抗側(cè)滾扭桿補(bǔ)焊結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析，校核補(bǔ)焊后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足要求：載荷工況及邊界條件：分析扭桿座受拉與受壓兩種靜載荷工況，載荷大小為40KN，施加在扭桿座螺栓孔內(nèi)側(cè)節(jié)點(diǎn)上，有限元模型垂向、橫向、縱向約束施加在邊梁與枕梁處。
4靜強(qiáng)度：載荷工況及邊界條件：根據(jù)EN12663-1：2010《鐵路應(yīng)用—鐵道車輛車體的結(jié)構(gòu)要求》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)整車強(qiáng)度的規(guī)定，本次主要分析對(duì)枕梁補(bǔ)板影響較大的三個(gè)工況：車輛最大垂直載荷;800KN壓縮與垂直載荷AW3合成工況;640KN拉伸與垂直載荷AW3合成工況�；贓N12663-1：2010《鐵路應(yīng)用—鐵道車輛車體的結(jié)構(gòu)要求》標(biāo)準(zhǔn)的車體及補(bǔ)板強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如表3-4所示。在三種主要工況作用下，邊梁與補(bǔ)強(qiáng)板焊縫、枕梁與補(bǔ)強(qiáng)板焊縫、立板與補(bǔ)強(qiáng)板焊縫最大應(yīng)力滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
5結(jié)論
裂紋理化分析結(jié)果顯示開裂位置處存在有焊合不良缺陷。該現(xiàn)象產(chǎn)生可能與下列因素有關(guān)，在擠壓過(guò)程中擠壓模具室高度、焊合角度、分流橋?qū)挾纫约肮ぷ鲙чL(zhǎng)度等方面設(shè)計(jì)不合理，或者是擠壓、熱處理制度不當(dāng)造成的，料坯在經(jīng)過(guò)焊合室后沒(méi)有足夠強(qiáng)度進(jìn)行重新融合形成完整的型腔壁，因此會(huì)出現(xiàn)類似脆性斷裂的斷口形態(tài)。焊合不良型材在后續(xù)加工成形過(guò)程中強(qiáng)度較低，而且在受應(yīng)力集中作用時(shí)，此位置最先開裂,不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,綜上所述，確認(rèn)板材本身缺陷是造成裂紋的原因。
參考文獻(xiàn)
鐵路應(yīng)用—鐵道機(jī)車車輛車體的結(jié)構(gòu)要求BSEN12663-1：2010;
鋁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-第1-1部分：結(jié)構(gòu)總規(guī)則BSEN1999-1-1：2007
地鐵論文投稿刊物：《地下工程與隧道》(季刊)創(chuàng)刊于1991年，是上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院、上海市地鐵總公司和上海隧道工程股份有限公司合辦，上海中信隧道發(fā)展有限公司協(xié)辦的技術(shù)性科技期刊。主要欄目：設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備、管理、計(jì)算機(jī)應(yīng)用。
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