本文摘要：【摘要】為解決地鐵車輛抗側滾扭桿座及枕梁下蓋板補板裂紋對車體安全運營的影響，對產生裂紋區域及裂紋附近區域進行金相分析及有限元分析。通過金相組織觀察和計算數據進行對比分析裂紋產生的原因。枕梁下蓋板補板在板厚中部區域附近角焊縫引起有一定的殘余
【摘要】為解決地鐵車輛抗側滾扭桿座及枕梁下蓋板補板裂紋對車體安全運營的影響，對產生裂紋區域及裂紋附近區域進行金相分析及有限元分析。通過金相組織觀察和計算數據進行對比分析裂紋產生的原因。枕梁下蓋板補板在板厚中部區域附近角焊縫引起有一定的殘余拉伸應力，這是引起其產生脆性開裂裂紋的因素。
【關鍵詞】裂紋;鋁合金材料;金相;靜強度
1引言
問題描述：地鐵車輛運行中發現枕梁下蓋板補板出現裂紋，對枕梁下蓋板補板、立板及扭桿座進行探傷，普查發現枕梁下蓋板補板出現裂紋，裂紋長度由10到90mm不等;立板裂紋，裂紋長度為38mm。扭桿座焊縫出現裂紋，裂紋長度約為10mm。
2原因分析
為了從根本解決裂紋問題，對裂紋產生原因進行了詳盡的分析。宏觀及裂紋檢查：著色探傷顯示有明顯的裂紋，切下裂紋的實物有殘留的焊縫痕跡,打磨后殘余的裂紋位于板厚中部區域;裂紋打開后的斷口形貌補強板裂紋打開后的斷口形貌呈現有一定起伏的木紋狀和魚鱗片狀復合型斷口,斷口附近無塑性變形，因此,可確定補強板上的裂紋屬于脆性裂紋,其斷口屬于脆性斷口。(2)金相檢測金相檢測補板上局部存在有呈現平行狀分布的多條裂紋，該多條裂紋均是沿著不連續的黑色小孔洞和金屬銜接不連續的區域進行擴展的，結合其木紋狀脆性斷口特征，可以確定補板在開裂位置處存在有焊合不良缺陷。
我們針對抗側滾扭桿安裝吊座補板進行裂紋理化分析，得出如下結論：該補板在板厚中部區域內局部存在有焊合不良，在其附近角焊縫引起有一定的殘余拉伸應力，這是引起其產生脆性開裂裂紋的一個因素，并且補板材料為7020-T6合金，屬于7000系合金，此系列合金特性為耐應力腐蝕能力非常弱，難以在非常復雜的受力、腐蝕、運營環境下保持較好的抗應力腐蝕性能，出現應力腐蝕裂紋，是引起裂紋的主要原因。
3解決方案
由于枕梁下蓋板補板及立板材料本身存在缺陷，為了徹底解決枕梁下蓋板補板及立板裂紋問題，將所有枕梁下蓋板補板、立板、抗側滾扭桿座材質全部由7020-T6更換為6082-T6，執行EN573-3、EN755-2標準。針對全部更換枕梁下蓋板補板、立板、抗側滾扭桿座修復方案，對其可行性做了充分的計算論證。更換枕梁下蓋板補板、立板、抗側滾扭桿座后，對抗側滾扭桿補焊結構強度進行分析，校核補焊后結構強度是否滿足要求：載荷工況及邊界條件：分析扭桿座受拉與受壓兩種靜載荷工況，載荷大小為40KN，施加在扭桿座螺栓孔內側節點上，有限元模型垂向、橫向、縱向約束施加在邊梁與枕梁處。
4靜強度：載荷工況及邊界條件：根據EN12663-1：2010《鐵路應用—鐵道車輛車體的結構要求》標準中對整車強度的規定，本次主要分析對枕梁補板影響較大的三個工況：車輛最大垂直載荷;800KN壓縮與垂直載荷AW3合成工況;640KN拉伸與垂直載荷AW3合成工況。基于EN12663-1：2010《鐵路應用—鐵道車輛車體的結構要求》標準的車體及補板強度應力計算結果如表3-4所示。在三種主要工況作用下，邊梁與補強板焊縫、枕梁與補強板焊縫、立板與補強板焊縫最大應力滿足標準要求。
5結論
裂紋理化分析結果顯示開裂位置處存在有焊合不良缺陷。該現象產生可能與下列因素有關，在擠壓過程中擠壓模具室高度、焊合角度、分流橋寬度以及工作帶長度等方面設計不合理，或者是擠壓、熱處理制度不當造成的，料坯在經過焊合室后沒有足夠強度進行重新融合形成完整的型腔壁，因此會出現類似脆性斷裂的斷口形態。焊合不良型材在后續加工成形過程中強度較低，而且在受應力集中作用時，此位置最先開裂,不能達到標準要求,綜上所述，確認板材本身缺陷是造成裂紋的原因。
參考文獻
鐵路應用—鐵道機車車輛車體的結構要求BSEN12663-1：2010;
鋁結構設計-第1-1部分：結構總規則BSEN1999-1-1：2007
地鐵論文投稿刊物：《地下工程與隧道》(季刊)創刊于1991年，是上海市隧道工程軌道交通設計研究院、上海市地鐵總公司和上海隧道工程股份有限公司合辦，上海中信隧道發展有限公司協辦的技術性科技期刊。主要欄目：設計、施工、設備、管理、計算機應用。
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