论文部分内容阅读
301L冷轧板是制造不锈钢轻量客车的主材,本文基于对不锈钢客车搭接非熔透垂直激光焊接结构疲劳性能和疲劳断裂的研究,针对焊接结构中主要服役部件非熔透外墙板的疲劳断裂模式,设计了一种增强外墙板抗疲劳断裂的倾斜激光焊接结构。通过5种板材组合的倾斜激光焊接接头的疲劳试验、疲劳断裂分析、有限元仿真分析,研究了搭接倾斜激光焊接结构的疲劳性能,疲劳断裂模式和机理,为优化不锈钢客车激光焊接结构、提高服役性能和安全可靠性提供理论及试验依据。研究结果表明,1.5mm+1.5mm、1.5mm+2mm、0.8mm+2mm三种板材组合的搭接倾斜激光焊接结构相较于垂直激光焊接结构,疲劳性能显著提高,工程上可以采用。2mm+2mm、1.5mm+0.8mm板材组合的搭接倾斜激光焊接结构相较于垂直激光焊接结构,疲劳性能并没有明显改善,工程上的可行性待继续深入研究；倾斜激光焊接结构疲劳断裂模式有部分改变,但搭接焊接结构缺口效应区域的外板加载端仍然穿板断裂,个别非等厚的板材组合1.5mm+2mm内外板同时疲劳断裂失效。疲劳断裂分析研究表明,倾斜激光焊接结构疲劳性能增强的板材组合疲劳主裂纹扩展的共同点都是先穿过焊缝组织,再穿过板材组织,最终疲劳断裂；而垂直焊缝结构仅仅是穿过板材组织,并没有接触到焊缝,又疲劳裂纹在焊缝中的扩展阻力大于在板材中的扩展阻力,因此,倾斜激光焊接结构疲劳性能比垂直焊缝结构的高。此外,倾斜焊缝结构对拉伸强度和断裂塑性也有改善ABAQUS有限元应力分析显示,疲劳加载最危险区域(应力最大处)与实际的疲劳试样断裂处相匹配,但裂纹扩展方向有差异,结合疲劳性能的改善效果,焊缝倾斜后,疲劳裂纹在外板加载端焊缝附近扩展时,由于有焊缝组织的存在,增加了裂纹的扩展阻力,此区域的抗疲劳性能有增强,搭接激光焊接结构实现优化。