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Book classification
  1. 转向架焊接构架是铁道车辆的重要构件,焊接是转向架制造过程中的基本连接形式,由于焊接接头处存在晶粒粗大、应力集中、焊接缺陷和焊接残余应力,成为转向架焊接构架承载能力的薄弱环节。随着我国铁路的不断提速,因转向架构架疲劳引发的铁路运输重大事故明显增多。本著作介绍了采用超声冲击方法对转向架焊接接头进行超声冲击处理,就超声冲击对列车转向架焊接接头高周与超高周疲劳性能以及疲劳失效机理的影响开展研究;揭示了表面...查看更多
  2. 焊接结构广泛应用于国民经济各部门,而疲劳断裂是焊接结构主要失效形式之一。据相关资料统计,在焊接结构的断裂失效中,90%是由焊接接头的疲劳断裂造成的。因此如何避免焊接结构疲劳破坏的发生,保证其安全运行一直是工程上急需解决的前沿课题。
    高速铁路由于具有速度快、运能大、能耗低、污染轻等诸多技术及经济优势,受到世界各国的青睐与重视。转向架焊接构架是铁道车辆的重要构件,属于典型的重载焊接结构,在车辆运行过程中承受车体重量和轨道振动带来的循环载荷作用。随着我国铁路提速战略的逐步实施,车辆运行速度不断提高,转向架焊接构架所承受的动载荷明显增加。焊接是转向架制造过程中的基本连接形式,转向架焊接构架刚度大、焊缝数量多且分布复杂,其中主要承力焊缝大都为角焊缝,如构架侧梁立板与盖板之间的焊缝、横梁套管与侧梁立板之间的焊缝、定位座与侧梁盖板之间的焊缝等。通常,焊接会在接头附近区域产生较高的残余应力,同时,由于在焊接接头处存在晶粒粗大、应力集中、焊接缺陷,使焊接接头的疲劳强度比母材低,从而成为转向架构架承载能力的薄弱环节。转向架焊接接头的疲劳性能直接影响转向架的寿命和车辆的行车安全。
    与传统的粗晶粒材料相比,超细晶粒材料具有独特的力学性能,如超高强度、高硬度和高疲劳性能等。近年来,表面纳米化已引起国际同行的广泛关注,被认为是今后纳米材料研究领域最有可能取得实际应用的技术之一。超声冲击处理是一种最全新的焊后处理技术,它采用大功率冲击头以20 kHz左右的频率冲击焊接接头焊缝及其附近区域的表面金属,使金属表层产生较大的压缩塑性变形。它能够有效降低焊接接头焊趾处的应力集中系数,消除焊接残余拉伸应力,甚至在焊缝及其附近区域引入残余压应力,并使焊接接头表层组织得到明显细化,对提高焊接件的疲劳寿命具有重要作用。

    本书以转向架焊接构架常用材料对接接头和十字接头为例,以超声冲击处理接头与原始焊态接头为研究对象,介绍了转向架焊接接头表面超声冲击强化机理以及超声冲击对转向架焊接接头高周与超高周疲劳性能和疲劳失效机理的影响。总结了超声冲击引起的接头应力集中变化、接头表层组织细化、焊缝附近区域残余应力变化对疲劳寿命的贡献,以期找出超声冲击引起的晶粒细化、残余应力和应力集中变化与转向架焊接接头疲劳寿命之间的内在规律,寻求提高转向架焊接接头疲劳强度和疲劳寿命的新方法,为提高转向架焊接接头疲劳寿命、降低转向架焊接构架的维修费用和运营成本提供理论依据和技术支持。
    本书素材主要来自作者和研究生(余皇皇、刘菁、张小东、王斌、周尚谕、宋燕、魏康、吕宗敏、张志军、张枝森、江明明、谢学涛等)近年来在这一领域的研究成果,同时书中亦吸收了国内外有关文献的相关内容,在此一并表示感谢。
    本书的出版得到了国家自然科学基金资助项目:列车转向架焊接接头表面纳米化机理及其疲劳性能研究(项目编号:51065010);中车南京铺镇车辆股份有限公司合作课题:超声波冲击法对转向架用钢焊接接头力学性能影响研究;江西省工业支撑重点项目:机械零部件表面超声冲击/滚压表面纳米加工技术及装备研究(项目编号:20161BBE50072)等的支持,也是这些项目的成果之一。
    作者虽然付出了极大的努力,但限于时间、学识水平、实践经验,书中纰漏和不妥之处在所难免,还望读者不吝指正。
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  1. 第1章  转向架焊接构架与超声冲击方法 001
    1.1  转向架焊接构架简介 001
    1.2  超声冲击设备的工作原理 004
    1.3  超声冲击法及其特点 008
    1.4  超声冲击法的发展现状 009
    第2章  焊接接头的疲劳 016<br/>2.1  疲劳概述 016
    2.2  疲劳试验和疲劳图 022
    2.3  疲劳断裂过程和断口形貌 035
    2.4  断裂力学在疲劳裂纹扩展研究中的应用 043
    2.5  影响焊接接头疲劳强度的因素 055
    第3章  超声冲击对焊接接头应力集中的影响 058
    3.1  焊接接头的应力集中 058
    3.2  焊接接头应力集中系数的有限元计算 063
    3.3  焊接接头应力集中对疲劳性能的影响 080
    3.4  降低焊接接头应力集中的措施 088
    3.5  超声冲击改善焊接接头的应力集中 091
    第4章  超声冲击对焊接接头组织的影响 100
    4.1  焊接接头的组织 100
    4.2  细化焊接接头组织的措施及方法 102
    4.3  金属材料表面纳米化技术 106
    4.4  超声冲击细化焊接接头的组织 109
    第5章  超声冲击对焊接接头残余应力的影响 133
    5.1  焊接接头中的残余应力及其分布 133
    5.2  焊接残余应力对焊接结构的影响 137
    5.3  焊接残余应力的测量方法 154
    5.4  调整焊接残余应力的常规方法 157
    5.5  超声冲击调整焊接接头残余应力 164
    第6章  超声冲击处理对焊接接头疲劳性能的影响 182
    6.1  超声冲击对焊接接头常规疲劳性能的影响 182
    6.2  超声冲击对焊接接头超高周疲劳性能的影响 214
    6.3  其他因素对超声冲击处理焊接接头效果的影响 232
    第7章  超声冲击提高焊接接头疲劳性能的发展趋势 264
    7.1  超声冲击存在的主要问题 264
    7.2  超声冲击提高焊接接头性能的研究方向 266
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