CN112577839B - 高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构疲劳试验方法 - Google Patents

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Abstract

高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构疲劳试验方法涉及搅拌摩擦焊型材结构疲劳试验技术领域，该方法是：分别制作待测型材结构样件和试验辅助装置，然后将二者组装后安装到疲劳试验机上进行疲劳试验。本发明在保证型材结构搅拌摩擦焊对搭接接头完整性的前提下成功实现了接头焊根位置的疲劳试验，进而根据试验结果可以对搅拌摩擦焊对搭接接头的疲劳性能进行量化；本发明最大程度的保留了搅拌摩擦焊焊接过程产生的残余应力，因而接头测试得到的疲劳性能为接头包含足够残余应力时所表现的疲劳性能，从而尽量贴近了实际接头承载过程中所包含残余应力的影响。

Description

高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构疲劳试验方法
技术领域
本发明涉及搅拌摩擦焊型材结构疲劳试验技术领域，具体涉及一种高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构疲劳试验方法。
背景技术
焊接技术在高铁制造领域广泛应用，焊缝的安全可靠性能越来越受到技术人员的关注。高速动车组车体结构为复杂的铝合金挤压型材结构通过搅拌摩擦焊焊接而成，复杂铝合金挤压型材包括上下平板、位于上下平板之间的主支撑筋、辅助支撑筋和加强筋；主支撑筋和辅助支撑筋临近焊缝位置，若干加强筋倾斜或竖直地相接于上下平板之间，形成多个型腔。
对搭接铝合金型材通过搅拌摩擦焊焊接成的高速动车组车体，由于焊接接头处焊缝厚度补强、焊根存在缺口等特殊的几何特征，导致接头在承载过程应力梯度十分复杂。因此，准确测量型材结构的搅拌摩擦焊对搭接焊缝抵抗疲劳裂纹扩展的能力十分困难。
目前，国内外学者针对该问题更多的是采用了小试样件方法，但该方法一方面破坏了焊接接头的原始残余应力，另一方面不得不对焊缝厚度方向进行加工，从而人为地消除了接头的一些缺陷特征及形状特征，因此小试样件方法得到的一些疲劳性能的结论很难指导实际工程应用，所以这样的试验结果失去了工程意义。
发明内容
为了解决现有小试样件方法无法实现在保留焊缝原始结构的前提下检测高速动车组车体型材结构搅拌摩擦焊对搭接焊缝疲劳性能的技术问题，本发明提供一种高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构疲劳试验方法。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构疲劳试验方法，其包括如下步骤：
步骤一、制作待测型材结构样件：在高速动车组车体侧墙上切取待测型材结构样件，所述待测型材结构样件包括：一条待测试的搅拌摩擦焊焊缝、两个位于远离对搭接焊根缺口侧的紧固侧型腔和一个位于对搭接焊根缺口侧的加载侧型腔，在紧固侧型腔的上下平板上均开设多个一一对应的等间距的紧固侧螺栓孔，并在加载侧型腔的上平板上开设多个等间距的加载侧螺栓孔；
步骤二、依据步骤一所述待测型材结构样件的结构特征，制作试验辅助装置：该辅助装置包括：上部L形连接板、下部L形连接板、长条形连接板和多个螺栓组件，上部L形连接板的宽度和下部L形连接板的宽度均等于待测型材结构样件的宽度，上部L形连接板的上部水平段设有多个等间距的上部螺孔，下部L形连接板的下部水平段设有多个等间距的下部螺孔，长条形连接板上设有多个与上部螺孔一一对应的通孔；
步骤三、将步骤一所述的待测型材结构样件与步骤二所述的试验辅助装置组装：将长条形连接板置于上部水平段与加载侧型腔上平板之间，用一组短的多个螺栓组件顺次穿过上部螺孔、长条形连接板的螺孔、加载侧螺栓孔后将上部L形连接板、长条形连接板、加载侧型腔的上平板三者锁紧固连，再用另外一组长的多个螺栓组件顺次穿过下部螺孔、紧固侧型腔下平板上的紧固侧螺栓孔、紧固侧型腔上平板上的紧固侧螺栓孔后将下部L形连接板与紧固侧型腔锁紧固连；
步骤四、将步骤三组装后的待测型材结构样件与试验辅助装置置于疲劳试验机上，使上部L形连接板的上部竖直段与疲劳试验机的上部夹具固连，下部L形连接板的下部竖直段与疲劳试验机的下部夹具固连，然后启动疲劳试验机，对上部L形连接板施加循环载荷，循环载荷通过上部L形连接板和长条形连接板传递给待测试的搅拌摩擦焊焊缝，以测试待测型材结构样件的焊缝疲劳强度，进而完成高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构的疲劳试验。
本发明的有益效果是：本发明在保证型材结构搅拌摩擦焊对搭接接头完整性的前提下成功实现了接头焊根位置的疲劳试验，进而根据试验结果可以对搅拌摩擦焊对搭接接头的疲劳性能进行量化；本发明最大程度的保留了搅拌摩擦焊焊接过程产生的残余应力，因而接头测试得到的疲劳性能为接头包含足够残余应力时所表现的疲劳性能，从而尽量贴近了实际接头承载过程中所包含残余应力的影响；本发明可以最大程度地保留焊缝成型时原始状态的前提下测量对搭接接头的疲劳性能，因此测试结果可更加全面地包含接头中焊接缺陷的影响；本发明利用试验辅助装置将悬臂梁式的弯曲加载转换为轴向力加载，从而使得搅拌摩擦焊对搭接接头疲劳性能的测试试验可以更加方便地在普通疲劳试验机上进行，大大降低检测成本，便于推广和应用。
附图说明
图1是本发明中的待测型材结构样件焊接前的结构示意图。
图2是本发明中的待测型材结构样件的主视结构示意图。
图3是本发明中的试验辅助装置的结构示意图。
图4是本发明中的待测型材结构样件和试验辅助装置组装后的结构示意图。
图5是图4的主视结构示意图。
图6是将图4的结构安装在疲劳试验机上的结构示意图。
图7是图6的主视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1至图7所示，本发明的高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构疲劳试验方法包括如下步骤：
步骤一、制作待测型材结构样件1：在高速动车组车体侧墙上切取待测型材结构样件1，所述待测型材结构样件1包括：一条待测试的搅拌摩擦焊焊缝1-1、两个位于远离对搭接焊根缺口侧的紧固侧型腔1-2和一个位于对搭接焊根缺口侧的加载侧型腔1-3，在紧固侧型腔1-2的上下平板上均开设多个一一对应的等间距的紧固侧螺栓孔1-2-1，并在加载侧型腔1-3的上平板上开设多个等间距的加载侧螺栓孔1-3-1；
步骤二、依据步骤一所述待测型材结构样件1的结构特征，制作试验辅助装置：该辅助装置包括：上部L形连接板2、下部L形连接板3、长条形连接板4和多个螺栓组件5，螺栓组件5由螺栓、螺母和弹簧垫片构成，上部L形连接板2的宽度和下部L形连接板3的宽度均等于待测型材结构样件1的宽度，上部水平段2-1的长度大于加载侧型腔1-3宽度的一半，下部水平段3-1的长度大于一个紧固侧型腔1-2的宽度；上部L形连接板2的上部水平段2-1设有多个等间距的上部螺孔2-1-1，下部L形连接板3的下部水平段3-1设有多个等间距的下部螺孔3-1-1，长条形连接板4上设有多个与上部螺孔2-1-1一一对应的通孔4-1；
步骤三、将步骤一所述的待测型材结构样件1与步骤二所述的试验辅助装置组装：将长条形连接板4置于上部水平段2-1与加载侧型腔1-3上平板之间，用一组短的多个螺栓组件5顺次穿过上部螺孔2-1-1、长条形连接板4的螺孔、加载侧螺栓孔1-3-1后将上部L形连接板2、长条形连接板4、加载侧型腔1-3的上平板三者锁紧固连，再用另外一组长的多个螺栓组件5顺次穿过下部螺孔3-1-1、紧固侧型腔1-2下平板上的紧固侧螺栓孔1-2-1、紧固侧型腔1-2上平板上的紧固侧螺栓孔1-2-1后将下部L形连接板3与紧固侧型腔1-2锁紧固连；弹簧垫片位于螺栓组件5的螺母与待测型材结构样件1之间，以防加载过程中螺母松弛而发生意外；
步骤四、将步骤三组装后的待测型材结构样件1与试验辅助装置置于疲劳试验机上，使上部L形连接板2的上部竖直段2-2与疲劳试验机的上部夹具6固连，下部L形连接板3的下部竖直段3-2与疲劳试验机的下部夹具7固连，然后启动疲劳试验机，对上部L形连接板2施加循环载荷(即，模拟高速动车组运行时车体受到的动态力)，循环载荷通过上部L形连接板2和长条形连接板4传递给待测试的搅拌摩擦焊焊缝1-1，以测试待测型材结构样件1的焊缝疲劳强度，进而完成高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构的疲劳试验。

Claims (4)

1.高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构疲劳试验方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一、制作待测型材结构样件(1)：在高速动车组车体侧墙上切取待测型材结构样件(1)，所述待测型材结构样件(1)包括：一条待测试的搅拌摩擦焊焊缝(1-1)、两个位于远离对搭接焊根缺口侧的紧固侧型腔(1-2)和一个位于对搭接焊根缺口侧的加载侧型腔(1-3)，在紧固侧型腔(1-2)的上下平板上均开设多个一一对应的等间距的紧固侧螺栓孔(1-2-1)，并在加载侧型腔(1-3)的上平板上开设多个等间距的加载侧螺栓孔(1-3-1)；
步骤二、依据步骤一所述待测型材结构样件(1)的结构特征，制作试验辅助装置：该辅助装置包括：上部L形连接板(2)、下部L形连接板(3)、长条形连接板(4)和多个螺栓组件(5)，上部L形连接板(2)的宽度和下部L形连接板(3)的宽度均等于待测型材结构样件(1)的宽度，上部L形连接板(2)的上部水平段(2-1)设有多个等间距的上部螺孔(2-1-1)，下部L形连接板(3)的下部水平段(3-1)设有多个等间距的下部螺孔(3-1-1)，长条形连接板(4)上设有多个与上部螺孔(2-1-1)一一对应的通孔(4-1)；
步骤三、将步骤一所述的待测型材结构样件(1)与步骤二所述的试验辅助装置组装：将长条形连接板(4)置于上部水平段(2-1)与加载侧型腔(1-3)上平板之间，用一组短的多个螺栓组件(5)顺次穿过上部螺孔(2-1-1)、长条形连接板(4)的螺孔、加载侧螺栓孔(1-3-1)后将上部L形连接板(2)、长条形连接板(4)、加载侧型腔(1-3)的上平板三者锁紧固连，再用另外一组长的多个螺栓组件(5)顺次穿过下部螺孔(3-1-1)、紧固侧型腔(1-2)下平板上的紧固侧螺栓孔(1-2-1)、紧固侧型腔(1-2)上平板上的紧固侧螺栓孔(1-2-1)后将下部L形连接板(3)与紧固侧型腔(1-2)锁紧固连；
步骤四、将步骤三组装后的待测型材结构样件(1)与试验辅助装置置于疲劳试验机上，使上部L形连接板(2)的上部竖直段(2-2)与疲劳试验机的上部夹具(6)固连，下部L形连接板(3)的下部竖直段(3-2)与疲劳试验机的下部夹具(7)固连，然后启动疲劳试验机，对上部L形连接板(2)施加循环载荷，循环载荷通过上部L形连接板(2)和长条形连接板(4)传递给待测试的搅拌摩擦焊焊缝(1-1)，以测试待测型材结构样件(1)的焊缝疲劳强度，进而完成高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构的疲劳试验。
2.如权利要求1所述的高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构疲劳试验方法，其特征在于，所述螺栓组件(5)由螺栓、螺母和弹簧垫片构成。
3.如权利要求1所述的高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构疲劳试验方法，其特征在于，所述上部水平段(2-1)的长度大于加载侧型腔(1-3)宽度的一半。
4.如权利要求1所述的高速动车组车体搅拌摩擦焊型材结构疲劳试验方法，其特征在于，所述下部水平段(3-1)的长度大于一个紧固侧型腔(1-2)的宽度。
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