科创中国

该项目成果属轨道交通和新材料领域,为了解决广域服役环境条件下运营的新一代高速列车转向架构架焊接及焊接材料的关键技术难题,应用材料性能预测技术、焊缝强韧化及耐腐蚀机理、焊接数值模拟技术、焊接结构疲劳理论等技术与理论,解决高寒高速列车焊材国产化技术难题,完成了新一代高速列车转向架构架气保焊丝的国产化研制、工艺性评定及焊接接头的服役性能的相关研究。

主要研究内容： 1．基于转向架安全要求的焊丝技术指标研究及设计 ①通过对现有转向架构架焊接用的进口丝、国产焊丝进行对比分析,掌握国内外同类焊丝合金元素成分及比例; ②研究C、Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Mo、Ti等合金不同配比对疲劳强度和腐蚀性能的影响。严格控制焊缝金属中S、P等杂质元素的含量,通过正交优化实验得到性能优异的焊丝合金成分。 ③优化焊丝生产工艺,包括焊丝退火工艺参数选择、拉拔过程中模具及润滑粉选用、焊丝清洗、镀铜工艺优化,合理控制拉拔过程中各道次的变形量,保证焊丝均匀变形,防止出现焊丝表面毛丝、超差等现象,建立一个定量的检测方法来衡量焊丝表面质量,确保送丝稳定,降低焊接缺欠,提高构架焊接的安全可靠性。

       2.建立新型转向架构架焊丝产品工艺评定试验、力学性能试验及数据评价准则 ①对新研制焊丝产品进行焊接工艺评定试验,可采用渗透探伤、磁粉探伤、超声波探伤、射线探伤等4种不同的探伤方法,对焊接缺陷进行了分类、评级; ②对新研制焊丝产品,采用金相显微镜、SEM、TEM观察典型焊接接头的金相组织、晶粒、强化相和杂质相在晶内和晶界的分布情况,采用Image-Pro 和Digital Micrograph（DM）软件测量微观组织中各晶相的体积分数、晶粒尺寸; ③研究掌握现有转向架构架焊接的焊接工艺规范以及焊接工艺评定规范,对新研制焊丝进行工艺评定及性能测试：包括强度、冲击功、硬度延伸率和断面收缩率;分析合金元素及比例对焊接工艺稳定性、探伤缺陷、常规力学性能的影响。

      3.标准转向架构架焊接接头的残余应力、残余变形、疲劳强度、腐蚀等试验研究 ①针对转向架典型结构,对重点需要关注的部位进行残余应力及残余变形的试验研究; ②采用优化的焊接新材料制备转向架构架典型焊接接头,依据企业标准进行标准接头疲劳强度试验研究; ③对转向架构架标准接头,依据企业标准进行腐蚀试验研究和模拟海洋大气条件的加速腐蚀试验研究。

      4.标准转向架构架焊接接头的服役行为试验研究及数值模拟仿真 ①利用数值仿真技术构建转向架构架服役数学模型,对典型构架件进行多点多方位加载条件下疲劳试验,针对实体结构建立数学模型,研究数值模拟与实际试验状态下的结果吻合程度。 ②采用金属材料准静态断裂韧度试验方法对转向架母材及焊接接头的抗裂纹敏感性进行研究,并对其断口进行分析;对焊缝中的平面缺陷进行评级计算,采用断裂力学中的裂纹扩展速率定律对其从初始裂纹ai到临界裂纹af进行积分,得出裂纹的扩展寿命N;同时结合广域（高寒、海洋大气）环境应用要求,建立数学模型判定采用新研制焊丝制备的转向架构架是否满足设计要求。