不锈钢EGR冷却器钎焊结构断裂失效实验研究

论文摘要

随着世界各国对降低汽车尾气排放要求的逐年加严,废气再循环冷却器逐渐为各国发动机公司所普遍采用。废气再循环冷却器的工作环境为高温腐蚀性气体,且承受着振动疲劳载荷,这对冷却器钎焊接头的质量和使用可靠性提出了较高的要求。本文是针对340021-01废气再循环冷却器台架试验钎焊结构断裂失效问题进行的研究。冷却器材料为奥氏体不锈钢304L,采用BNi-5钎料真空钎焊制成。对断裂裂纹及断口进行的分析表明,断裂发生在钎焊圆角根部,为高应力低周疲劳断裂。然后,从力学因素和冶金因素两方面对断裂发生的原因进行了分析,研究表明,钎焊圆角根部存在应力集中及组织中含有的脆性化合物相是发生断裂的主要原因。另外,母材的过度溶解以及母材晶粒的长大都在一定程度上缩短了产品的疲劳寿命。针对断裂原因,从冷却器结构、钎焊工艺、材料等方面探讨了提高钎焊接头疲劳寿命的途径。研究表明,适当增加冷却管直径及管壁厚度可降低钎焊圆角部位应力集中程度,减少断裂发生的可能;同时采用低熔点的含磷钎料XHBNi-5可减少母材的溶解量,降低晶粒长大程度,提高钎焊接头的疲劳寿命,而且冷却器仿真件通过了振动和冷热冲击的可靠性试验,说明这种钎料具有实际应用的前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 镍基钎料在EGR 冷却器真空钎焊中的应用
• 1.2.1 EGR 冷却器概述
• 1.2.2 镍基钎料钎焊不锈钢及其疲劳断裂国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 不锈钢EGR 冷却器钎焊结构断裂分析
• 2.1 340021-01EGR 冷却器概述
• 2.2 340021-01EGR 冷却器台架试验
• 2.3 冷却器芯体钎焊结构断裂原因分析
• 2.3.1 钎焊接头断裂裂纹宏观分析
• 2.3.2 钎焊接头断口分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 EGR 冷却器芯体结构断裂应力-应变分析
• 3.1 冷却器芯体应力数值模拟
• 3.1.1 实体建模
• 3.1.2 网格划分
• 3.1.3 材料参数及加载条件
• 3.1.4 模型变形及应力分析
• 3.2 钎焊接头部位应力测试
• 3.3 本章小结
• 第4章 不锈钢冷却器钎焊接头断裂金属学特点
• 4.1 BNi-5 钎焊不锈钢接头组织分析
• 4.2 钎焊接头裂纹显微组织分析
• 4.2.1 失效件钎焊接头裂纹显微组织分析
• 4.2.2 实验件钎焊接头裂纹显微组织分析
• 4.3 BNi-5 钎焊不锈钢界面行为分析
• 4.3.1 母材成分向钎料中的溶解扩散
• 4.3.2 钎料成分向母材中的扩散
• 4.4 母材晶粒度对钎焊接头疲劳断裂的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 提高EGR 冷却器钎焊结构振动疲劳寿命途径的探讨
• 5.1 芯体结构设计改变的影响
• 5.2 钎焊工艺及材料改变的影响
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢