铝合金结构7系材料母材裂纹分析处理的探讨.docx

          铝合金结构 7 系材料母材裂纹分析处理的探讨                    张春林 陈国玉 王慧双中车长春轨道客车股份有限公司，130062 长春摘 要： 基于地铁车辆铝合金结构 7 系材料母材裂纹的处理过程，首先对裂纹信息进行描述；其次对裂纹的原因进行分 析，最后对处理方案进行说明通过本文的分析介绍和说明， 可对地铁车辆铝合金结构 7 系材料母材裂纹的处理过程有基本认知和了解 关键词：地铁车辆 铝合金焊接结构 7 系材料母材裂纹 地铁车辆铝合金焊接结构 7 系材料主要应用于 枕梁、牵引梁等关键部件其可靠性越来越受到关 注，铝合金结构 7 系材料母材裂纹直接关系到车辆的行车安全，母材裂纹的分析思路及处理方式同样 也需要系统的梳理说明 一、裂纹信息描述 地铁车辆发现枕梁裂纹共计有 31 列 72 辆车枕 梁处出现了裂纹，裂纹共计有 128 处，累积扣车 19 列，出现裂纹的车辆最短运营里程 9 万公里，最长 运营里程 90 万公里 裂纹的分布位置如下： 空簧旁裂纹 空簧旁裂纹在外部沿车体宽度方向发展将裂 纹刨开后对裂纹情况进行观察，裂纹出现分层 并沿车体长度方向向内发展。

空簧安装座四周裂纹 空簧安装座四周的裂纹从枕梁所开圆孔边缘向外延伸，沿车体宽度方向发展 空簧旁立板处裂纹 空簧旁立板处裂纹沿立板方向垂向发展，分布 在空气弹簧上部的制动管通过孔附近 中心销旁裂纹 中心销旁裂纹呈 45°角斜向发展，严重位置已贯 穿下盖板裂纹刨开后，裂纹在 45°角方向延伸分层开裂 中心销旁立板处裂纹 中心销旁立板处裂纹沿立板方向垂直发展，该处裂纹从型腔内开始发展并向外延伸，严重位置贯穿立板，并向底架和下盖板两个方向扩展 裂纹刨开后，呈现垂直贯穿的情况 中心销安装位置裂纹 中心销安装位置的裂纹沿车体宽度方向发展， 在中心销安装平面和旁边的枕梁下盖板面均存在裂纹 空簧与中心销之间裂纹 裂纹出现在中心销与空簧之间的枕梁下盖板上，在枕梁两气孔之间，裂纹沿车体宽度方向发展 图 1-枕梁母材裂纹二、裂纹的原因分析1、设计结构：车体枕梁结构与引进车辆结构一致，引进车辆Channel_02_imcSimulator @ 2014-10-22 01-13-16 (3)Channel_04_imcSimulator @ 2014-10-22 01-13-16 (3)Channel_07_imcSimulator @ 2014-10-22 01-13-16 (3)Channel_09_imcSimulator @ 2014-10-22 01-13-16 (3)MPa50-5MPa5和一期车辆未出现裂纹现象。

2、选用选材和车体强度要求：材料选择的牌号与引进车辆一致， 均为A7N01S-T5 材料车体强度计算和车体静强度试验均满足强度要求3、制造及施工工艺：3.a.b. 、所有后续车辆的制造及施工工艺与原来一期车辆保持一致c. 、裂纹出现在枕梁型材上，不在焊缝区域4.4、材料供应商及批次：枕梁材料批次或供应商不同5、断口分析：通过对裂纹断口检测，属低周疲劳断裂图 2-裂纹断口分析6、计算及试验分析1.2. 对车体结构进行了有限元分析及静强度试验，最大应力值为 91MPa, 远低于材料自身强度 245MPa 要求，安全余量较大3. 针对车体枕梁裂纹问题，在新造的三号线增购车上进行了动应力测试， 最大值为12.3MPa，满足许用值 22MPa 要求，可以达到25 年的使用要求0MPa 50-5MPa 50-50 1 2 3 4 5 6 7 810^3 s图 3-动应力测试及仿真分析裂纹成因结论1.2. 枕梁结构设计没有改变，材料要求没有变化，制造工艺没有变化，裂纹位置在型材母材上，不在焊接接头区域，因此推测型材内部因素时是产生裂纹的主要原因3. 根据裂纹表象推测，裂纹由型材内部向外扩展，有应力腐蚀开裂趋势。

4. 从断口分析，属低周疲劳断裂三、处理方案1、裂纹现场解决方案：首先沿裂纹长度方向剖开，剖开过程中注意裂纹走向如果裂纹深度方向垂直于板厚方向，则将裂纹剖成V 型坡口进行焊接；如果裂纹在剖开的过程中，裂纹走向发生变化，即不垂直于板厚方向，则沿裂纹的发展方向继续打磨切割，将缺陷清除后再实施焊接2、更换枕梁方案：2.a.b. 、制定新枕梁方案，枕梁结构改进，材料由 73.系铝合金型材改为 6 系，并对铝型材进行抗剥落腐蚀、抗疲劳腐蚀、抗应力腐蚀等相关检测，对新枕梁结构进行有限元仿真分析2.b.c. 、制造新枕梁，并将其更换到原型车上，针对更换枕梁后的车体进行静强度试验与疲劳试验， 以及现场动应力检测3.3 、 新枕梁材料选用 6082-T6 ， 相比原材料7N01S-T5 的分析如下：1.2. 从机械性能上分析-性能较为接近图 4-材料性能对比表2）7N01 与 6082 化学成分对比表从化学成分上可以看出：7N01 强化相元素以 Zn\Mg 为主，Zn 的强化相为低熔点，容易腐蚀，合金比例大，含量 5%， 总合金含量为 7.7%，制造工艺性差，韧性差6082 强化相元素以 Si\Mg 为主，Si 的强化相为高熔点，不容易腐蚀，合金比例小，含量 1.3%， 总合金含量为 3.5%，制造工艺性好，韧性好。

4、材料检测车体用铝合金型材 6082-T6 检测：1.a.b. 抗剥落腐蚀检验；依据标准：GB/T 6892-2006检测结果：腐蚀等级 N（无腐蚀）1.b.c. 抗疲劳检验：依据标准：GB/T 6892-2006检测结果：循环周次内未发生断裂1.c.d. 抗疲劳检验；依据标准：GB/T 6892-2006检测结果：溶液中全浸 90 天后未出现裂纹四、结语为了系统研究此课题，可继续对轨道车辆的 7 系板材材料的化学成分、性能、可焊性研究可继续对既有重庆单轨车辆开展线路测试，分析线路运营载荷谱，开展车体疲劳试验，完成剩余寿命评估  -全文完-。