定製式雷射智能快速沉積再造鐵路列車輪對的方法與流程

2023-06-25 00:13:56 2

本發明涉及鐵路列車輪對修復技術領域，尤其涉及一種定製式雷射智能快速沉積再造鐵路列車輪對的方法。

背景技術：

鐵路列車運行中，車輪、車軸及鋼軌並稱為鐵路三大安全部件，其質量、性能與使用壽命直接關係著列車的安全運行和旅客生命財產的安全。作為列車運行安全重要部件的車輪及車軸發生磨耗、剝離和裂紋是列車輪對損傷或失效的三大重要因素。車輪的磨耗速度是每行走10萬公裡磨耗量為1.0mm，一般列車車輪的平均使用壽命僅為4～5年，高鐵列車車輪平均使用壽命僅有2.5年。車軸在運行中承受旋轉彎曲和衝擊等多項複雜應力，疲勞裂紋損傷是主要失效或損傷形式。

目前，列車輪對損傷或失效後，經常通過旋修加工的方式來進行修復。例如，車輪產生剝離或磨耗損傷時，使用旋修加工方式進行修復。然而，經驗表明，車輪半徑每旋修3.5mm，車轅將增厚1.0mm，修復效果不理想。由於車輪旋修量較大，修復後使用壽命比較短。而車輪和車軸發現裂紋等嚴重損傷，只能依靠更換新部件的方法，導致鐵路運輸成本比較高。

技術實現要素：

本發明的目的是解決目前在對列車輪對進行修復時，旋修加工方式存在修復效果不理想、修復後使用壽命短及更換部件使鐵路運輸成本比較高的技術問題，提供一種定製式雷射智能快速沉積再造鐵路列車輪對的方法。

為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：

一種定製式雷射智能快速沉積再造鐵路列車輪對的方法，包括下列步驟：

步驟1，對已經遭受損傷或失效的車輪和車軸部件，進行損傷情況檢查，確定車輪和車軸部件損傷失效的程度和產生因素；

步驟2，根據檢查結果及車輪和車軸部件類型、材質及使用要求，以車輪和車軸部件的原設計壽命為基礎，確定車輪和車軸部件的全壽命周期；

步驟3，根據檢查結果、車輪和車軸部件類型、材質、使用要求及車輪和車軸部件的全壽命周期，為車輪和車軸部件設計再造時使用的合金材料；

步驟4，採用機械加工方式清理乾淨車輪和車軸部件的待再造部位，並採用半導體雷射機和單臂機器人將合金材料沉積至待再造部位；單臂機器人引導雷射束以480～800mm/min速度沉積合金材料；在進行沉積時，將合金材料預先置於待再造部位或將合金材料的粉末與雷射束同步送至待再造部位；

步驟5，採用機械加工方式將再造後的車輪和車軸部件恢復到車輪和車軸部件的原設計製造規格尺寸後，進行無損檢測和硬度檢測，以確保達到車輪和車軸部件的技術標準規範要求。

可選地，所述合金材料由下述原料組成：0.2％～0.5％的碳、4％～6％的鎳、6％～9％的鉻、3％～4％的鉬、1％～2％的釩、0.2％～0.6％的稀土元素和1％～2％的石墨烯，其餘為鐵。

可選地，所述半導體雷射機的雷射光束為20*2.5mm、功率密度為1.3*104w/cm2。

本發明的有益效果是：

通過根據檢查結果、部件類型、部件材質、部件的使用要求及部件的全壽命周期，為部件個性化設計再造時使用的合金材料，並採用雷射智能快速沉積製造工藝將合金材料沉積至待再造部位，不僅可以使部件恢復正常使用，並提高部件的使用壽命，而且能夠節省成本。因此，與背景技術相比，本發明具有再造效果好、再造成本低和可以提高使用壽命及降低鐵路運輸成本等優點。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步地詳細描述。

本實施例中的定製式雷射智能快速沉積再造鐵路列車輪對的方法，包括下列步驟：

步驟1，對已經遭受損傷或失效的車輪和車軸部件，進行損傷情況檢查，確定車輪和車軸部件損傷失效的程度和產生因素。

步驟2，根據檢查結果及車輪和車軸部件類型、材質及使用要求，以車輪和車軸部件的原設計壽命為基礎，確定車輪和車軸部件的全壽命周期。

全壽命周期是指經過定製式雷射智能快速沉積再造後，車輪和車軸部件預期要達到的使用壽命。通常，確定的部件的全壽命周期為其原設計壽命的至少2倍。

步驟3，根據檢查結果、車輪和車軸部件類型、材質、使用要求及車輪和車軸部件的全壽命周期，為車輪和車軸部件設計再造時使用的合金材料。

步驟4，採用機械加工方式清理乾淨車輪和車軸部件的待再造部位，並採用半導體雷射機和單臂機器人將合金材料沉積至待再造部位；單臂機器人引導雷射束以480～800mm/min速度沉積合金材料；在進行沉積時，將合金材料預先置於待再造部位或將合金材料的粉末與雷射束同步送至待再造部位。

其中，沉積速度可以根據部件的類型、材質確定。不同類型不同材質的部件選擇不同的沉積速度。半導體雷射機的功率為6000w。

步驟5，採用機械加工方式將再造後的車輪和車軸部件恢復到車輪和車軸部件的原設計製造規格尺寸後，進行無損檢測和硬度檢測，以確保達到車輪和車軸部件的技術標準規範要求。

其中，步驟5中的機械加工方式可以為車、磨、銑等中的至少一種。無損檢測可以為滲透檢測、超聲波檢測、磁力檢測和x光檢測中的至少一種。

可選地，所述合金材料由下述原料組成：0.2％～0.5％的碳、4％～6％的鎳、6％～9％的鉻、3％～4％的鉬、1％～2％的釩、0.2％～0.6％的稀土元素和1％～2％的石墨烯，其餘為鐵。

其中，石墨烯具有強韌的特性，其具有斷裂強度比最好鋼材還高100倍以上的強大吸收衝擊力的特性，因此，在合金材料中加入適量石墨烯可以進一步提高合金材料的強韌性、抗裂性能與抗衝擊能力。另外，再加上石墨烯具有極高的導熱效率，將該合金材料沉積於待再造部位後，可以克服車輪和車軸因高速轉動摩擦產生的熱磨損和熱裂紋的損傷。

可選地，所述半導體雷射機的雷射光束為20*2.5mm、功率密度為1.3*104w/cm2。

實驗表明，經過定製式雷射智能快速沉積再造鐵路列車輪對的方法再造的輪對部件，其中屬於已經發生損傷失效的部件可以恢復並提升其使用技術性能，屬於已經報廢狀態的大多數部件使其「起死回生」得到新生，重新投產使用。經過再造的車輪和車軸等部件，不僅在運行中質量安全可靠，而且一次性可以延長其使用壽命1～2倍。

經統計表明，現在使用的礦山鐵路輪對(50型)採購費用約2.0萬元，採用定製式雷射智能快速沉積再造鐵路列車輪對的方法進行再造的費用僅約1.0萬元。客貨列車輪對採購費用高於礦山用貨車輪對費用，高鐵列車輪對採購費用要高出十幾倍。經初步估算，經過定製式雷射智能快速沉積再造鐵路列車輪對的方法再造的費用，一般情況下僅為新品採購費用的30％～60％，車輪和車軸部件使用消耗量可以降低約30％，因此，通過本發明的方法不僅可以節省鐵路運輸的成本，而且還可以降低損耗、提高列車輪對的使用壽命。