CN104480466A - 一种铁道车辆车轴的修复工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁道车辆车轴的修复工艺，它包括前处理，激光熔覆，消除残余应力和机加工的过程，其在激光熔覆过程中采用的金属粉末的成分及其质量百分比为碳0.1～0.25%，铬17.5～28%，镍10.5～16%，硼0～0.65%，硅0.12～1.0%，钼0～4.5%，锰0～0.8%，其余为铁。本发明修复后的车轴微观组织细小，没有气孔、夹渣、裂纹等缺陷，能满足使用性能要求；修复后的车轴使用寿命均达到或超新轴水平；本发明的修复工艺操作简单，可控性好，可以在短时间内快速修复损伤的车轴，减少更换新轴的费用，降低车轴的使用成本，减少车轴废弃对环境的危害，对环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔覆修复技术，特别涉及一种铁道车辆车轴的修复工艺。
背景技术
车轴是关系到运输安全的重要零件，一旦车轴折断造成脱轨翻车，损失惨重。根据铁路标准规定，车轴的使用寿命为25年。但是从车轴入厂检修的情况可以看出：有相当一部分的车轴在运用不足10年的时间内，车轴出现损伤，其缺陷主要为轮座裂纹和卸荷槽裂纹。轮座有裂纹的车轴和需要退卸的轮对，退轮后车轴表面普遍存在不同程度的拉伤。此外，在生产过程中车轴也存在着大量报废，多数报废由以下原因造成：在车轴精加工过程中机加工造成的尺寸偏差；车轴与车轮装配过程中车轮对车轴的划伤；车轴毛坯材料存在裂纹；制造和维修过程操作不当造成轴身铲痕。
造成车轴损伤的根本原因是由于金属各个晶粒位向不同，并存在位错、夹杂等微观与宏观缺陷，在低于材料屈服强度的循环应力作用下，最不利的薄弱晶粒或夹杂等缺陷处会萌生裂纹，经裂纹扩展阶段直至失稳断裂。由于铁道车辆车轴表面应力高，表面晶粒受的约束少、易滑移，表面易腐蚀，表面上可能有加工痕迹或伤痕使其疲劳强度降低，因而疲劳裂纹在表面萌生并逐渐向内部扩展。目前相对应的对策为采用合理的形状与尺寸，缩短轴颈长度,提高轴颈的强度和刚度减少轴颈弯曲变形，减轻微动磨损；选择更好的车轴材质，降低裂纹萌生的机会；加强表面防护。
目前关于已损坏的铁道车辆车轴的修复技术的研究甚少，并且在实际维修车轴时仍然存在裂纹缺陷，很多直接更换车轴，车轴直接更换成本较高且废弃车轴对环境有一定的危害。本发明就损坏的铁道车辆车轴提供修复技术，解决前述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种铁道车辆车轴的修复工艺，该工艺利用激光熔覆修复铁道车辆车轴，工艺可控性好，修复后的车轴具有微观组织细小，力学性能优良的特点，此外该工艺降低了车轴的使用成本，对环境友好。
本发明通过以下技术方案实现：一种铁道车辆车轴的修复工艺，它包括以下步骤：
（1）前处理：将车轴损伤部位进行加工处理，然后用丙酮和无水酒精将损伤部位及周围20mm内的油污及铁锈清除干净；
（2）激光熔覆：经步骤（1）处理后的车轴损伤部位表面采用激光器沿着损伤部位实行光斑扫描，并将车轴损伤部位表面熔化形成熔池，金属粉末被惰性气体吹入熔池熔化对车轴损伤部位进行修复；
（3）消除残余应力：将修复后的车轴损伤部位经喷丸或热处理消除残余应力；
（4）机加工：将消除残余应力的车轴损伤部位经机加工保持光洁。
进一步地，所述的加工处理为机加工或手工打磨中一种或它们的组合。
进一步地，所述的金属粉末的成分及其质量百分比为：碳0.1～0.25%，铬17.5～28%，镍10.5～16%，硼0～0.65%，硅0.12～1.0%，钼0～4.5%，锰0～0.8%，其余为铁。
进一步地，所述的激光熔覆中参数为：激光功率2000～2500W，扫描速度6mm/s，送粉电压10～14V，光斑直径3～5mm，搭接率0.4～0.5。
进一步地，所述的激光器为侧向送粉的半导体激光器或同轴送粉的光纤激光器。
进一步地，所述的惰性气体为氩气，流速为10～15L/min。
进一步地，步骤（3）中所述的喷丸过程采用不锈钢弹丸，弹丸尺寸为0.4～0.6mm，喷丸速度为80～120m/s。
进一步地，步骤（3）中所述的热处理过程采用局部热处理，热处理温度为300℃，保温时间1～2h，然后缓慢冷却。
所述的激光熔覆对车轴损伤部位表面进行修复，随后消除残余应力，对消除应力的车轴损伤部位表面进行着色探伤和磁粉探伤检测，检测其是否存在无裂纹缺陷及工件的尺寸精度和位置精度，均符合要求。
本发明具有以下有益效果：本发明利用激光熔覆修复受损铁道车辆车轴，修复层的厚度达到0.5～2.0mm，修复层和基体界面冶金结合良好；修复后的车轴微观组织细小，没有气孔、夹渣、裂纹等缺陷，消除了残余应力能满足使用性能要求；修复后的车轴使用寿命均达到或超新轴水平；本发明的修复工艺操作简单，可控性好，可以在短时间内快速修复损伤的车轴，减少更换新轴的费用，降低车轴的使用成本，同时也减少了车轴废弃对环境的危害，对环境友好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1：一种铁道车辆车轴的修复工艺，它包括以下步骤：
（1）前处理：将车轴损伤部位进行机加工去除损伤部位缺陷，然后用丙酮和无水酒精将损伤部位及周围20mm内的油污及铁锈清除干净；
（2）激光熔覆：经步骤（1）处理后的车轴损伤部位表面采用侧向送粉的半导体激光器沿着损伤部位实行光斑扫描，并将车轴损伤部位表面熔化形成熔池，金属粉末被流速为15L/min的氩气吹入熔池熔化对车轴损伤部位进行修复，其中：金属粉末由以下质量百分比的成分组成：
碳 0.1%， 铬 17.5%，
镍 10.5%， 硅 0.12%，
其余为铁，
激光熔覆过程的参数如下：
激光功率 2000W， 扫描速度 6mm/s，
送粉电压 14V， 光斑直径 5mm，
搭接率 0.5；
（3）消除残余应力：将修复后的车轴损伤部位经热处理消除残余应力，所述的热处理过程采用局部热处理，热处理温度为300℃，保温时间2h，然后缓慢冷却；
（4）机加工：对消除应力的车轴损伤部位表面进行着色探伤和磁粉探伤检测，检测其是否存在无裂纹缺陷，检测车轴的尺寸精度和位置精度，均符合要求，最后将消除残余应力的车轴损伤部位用机加工方式达到车轴的最终尺寸精度和光洁度要求。
实施例2：一种铁道车辆车轴的修复工艺，它包括以下步骤：
（1）前处理：将车轴损伤部位同时进行机加工和手工打磨清除损伤部位缺陷，然后用丙酮和无水酒精将损伤部位及周围20mm内的油污及铁锈清除干净；
（2）激光熔覆：经步骤（1）处理后的车轴损伤部位表面采用同轴送粉的光纤激光器沿着损伤部位实行光斑扫描，并将车轴损伤部位表面熔化形成熔池，金属粉末被流速为15L/min的氩气吹入熔池熔化对车轴损伤部位进行修复，其中：金属粉末由以下质量百分比的成分组成：
碳 0.25%， 铬 17.5%，
镍 16%， 硼 0.65%，
硅 1%， 其余为铁，
激光熔覆过程的参数如下：
激光功率 2500W， 扫描速度 6mm/s，
送粉电压 10V， 光斑直径 3mm，
搭接率 0.4；
（3）消除残余应力：将修复后的车轴损伤部位经喷丸处理消除残余应力，所述的喷丸过程采用不锈钢弹丸，弹丸尺寸为0.4mm，喷丸速度为80m/s；
（4）机加工：对消除应力的车轴损伤部位表面进行着色探伤和磁粉探伤检测，检测其是否存在无裂纹缺陷，检测车轴的尺寸精度和位置精度，均符合要求，最后将消除残余应力的车轴损伤部位用机加工方式达到车轴的最终尺寸精度和光洁度要求。
实施例3：一种铁道车辆车轴的修复工艺，它包括以下步骤：
（1）前处理：将车轴损伤部位进行手工打磨清除损伤部位缺陷，然后用丙酮和无水酒精将损伤部位及周围20mm内的油污及铁锈清除干净；
（2）激光熔覆：经步骤（1）处理后的车轴损伤部位表面采用侧向送粉的半导体激光器沿着损伤部位实行光斑扫描，并将车轴损伤部位表面熔化形成熔池，金属粉末被流速为11L/min的氩气吹入熔池熔化对车轴损伤部位进行修复，其中：金属粉末由以下质量百分比的成分组成：
碳 0.1%， 铬 28%，
镍 10.5%， 硼 0.65%，
硅 0.12%， 钼 4.5%，
其余为铁，
激光熔覆过程的参数如下：
激光功率 2100W， 扫描速度 6mm/s，
送粉电压 11V， 光斑直径 4mm，
搭接率 0.5；
（3）消除残余应力：将修复后的车轴损伤部位经热处理消除残余应力，所述的热处理过程采用局部热处理，热处理温度为300℃，保温时间1h，然后缓慢冷却；
（4）机加工：对消除应力的车轴损伤部位表面进行着色探伤和磁粉探伤检测，检测其是否存在无裂纹缺陷，检测车轴的尺寸精度和位置精度，均符合要求，最后将消除残余应力的车轴损伤部位用机加工方式达到车轴的最终尺寸精度和光洁度要求。
实施例4：一种铁道车辆车轴的修复工艺，它包括以下步骤：
（1）前处理：将车轴损伤部位进行机加工去除损伤部位缺陷，然后用丙酮和无水酒精将损伤部位及周围20mm内的油污及铁锈清除干净；
（2）激光熔覆：经步骤（1）处理后的车轴损伤部位表面采用同轴送粉的光纤激光器沿着损伤部位实行光斑扫描，并将车轴损伤部位表面熔化形成熔池，金属粉末被流速为12L/min的氩气吹入熔池熔化对车轴损伤部位进行修复，其中：金属粉末由以下质量百分比的成分组成：
碳 0.15%， 铬 20%，
镍 12%， 硼 0.2%，
硅 0.2%， 钼 1.0%，
锰 0.8%， 其余为铁，
激光熔覆过程的参数如下：
激光功率 2200W， 扫描速度 6mm/s，
送粉电压 12V， 光斑直径 4mm，
搭接率 0.4；
（3）消除残余应力：将修复后的车轴损伤部位经喷丸处理消除残余应力，所述的喷丸过程采用不锈钢弹丸，弹丸尺寸为0.6mm，喷丸速度为120m/s；
（4）机加工：对消除应力的车轴损伤部位表面进行着色探伤和磁粉探伤检测，检测其是否存在无裂纹缺陷，检测车轴的尺寸精度和位置精度，均符合要求，最后将消除残余应力的车轴损伤部位用机加工方式达到车轴的最终尺寸精度和光洁度要求。
实施例5：一种铁道车辆车轴的修复工艺，它包括以下步骤：
（1）前处理：将车轴损伤部位进行手工打磨清除损伤部位缺陷，然后用丙酮和无水酒精将损伤部位及周围20mm内的油污及铁锈清除干净；
（2）激光熔覆：经步骤（1）处理后的车轴损伤部位表面采用侧向送粉的半导体激光器沿着损伤部位实行光斑扫描，并将车轴损伤部位表面熔化形成熔池，金属粉末被流速为13L/min的氩气吹入熔池熔化对车轴损伤部位进行修复，其中：金属粉末由以下质量百分比的成分组成：
碳 0.2%， 铬 22%，
镍 12.5%， 硼 0.3%，
硅 0.5%， 钼 2.0%，
锰 0.4%， 其余为铁，
激光熔覆过程的参数如下：
激光功率 2300W， 扫描速度 6mm/s，
送粉电压 13V， 光斑直径 4mm，
搭接率 0.4；
（3）消除残余应力：将修复后的车轴损伤部位经热处理消除残余应力，所述的热处理过程采用局部热处理，热处理温度为300℃，保温时间1.5h，然后缓慢冷却；
（4）机加工：对消除应力的车轴损伤部位表面进行着色探伤和磁粉探伤检测，检测其是否存在无裂纹缺陷，检测车轴的尺寸精度和位置精度，均符合要求，最后将消除残余应力的车轴损伤部位用机加工方式达到车轴的最终尺寸精度和光洁度要求。
实施例6：一种铁道车辆车轴的修复工艺，它包括以下步骤：
（1）前处理：将车轴损伤部位同时进行机加工和手工打磨清除损伤部位缺陷，然后用丙酮和无水酒精将损伤部位及周围20mm内的油污及铁锈清除干净；
（2）激光熔覆：经步骤（1）处理后的车轴损伤部位表面采用同轴送粉的光纤激光器沿着损伤部位实行光斑扫描，并将车轴损伤部位表面熔化形成熔池，金属粉末被流速为14L/min的氩气吹入熔池熔化对车轴损伤部位进行修复，其中：金属粉末由以下质量百分比的成分组成：
碳 0.1%， 铬 25%，
镍 14%， 硼 0.3%，
硅 0.7%， 钼 3.0%，
锰 0.2%， 其余为铁，
激光熔覆过程的参数如下：
激光功率 2400W， 扫描速度 6mm/s，
送粉电压 14V， 光斑直径 5mm，
搭接率 0.4；
（3）消除残余应力：将修复后的车轴损伤部位经喷丸处理消除残余应力，所述的喷丸过程采用不锈钢弹丸，弹丸尺寸为0.6mm，喷丸速度为100m/s；
（4）机加工：对消除应力的车轴损伤部位表面进行着色探伤和磁粉探伤检测，检测其是否存在无裂纹缺陷，检测车轴的尺寸精度和位置精度，均符合要求，最后将消除残余应力的车轴损伤部位用机加工方式达到车轴的最终尺寸精度和光洁度要求。
Claims (8)
1.一种铁道车辆车轴的修复工艺，其特征在于，它包括以下步骤：
（1）前处理：将车轴损伤部位进行加工处理，然后用丙酮和无水酒精将损伤部位及周围20mm内的油污及铁锈清除干净；
（2）激光熔覆：经步骤（1）处理后的车轴损伤部位表面采用激光器沿着损伤部位实行光斑扫描，并将车轴损伤部位表面熔化形成熔池，金属粉末被惰性气体吹入熔池熔化对车轴损伤部位进行修复；
（3）消除残余应力：将修复后的车轴损伤部位经喷丸或热处理消除残余应力；
（4）机加工：将消除残余应力的车轴损伤部位经机加工保持光洁。
2.根据权利要求1所述的一种铁道车辆车轴的修复工艺，其特征在于，所述的加工处理为机加工或手工打磨中一种或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的一种铁道车辆车轴的修复工艺，其特征在于，所述的金属粉末的成分及其质量百分比为：碳0.1～0.25%，铬17.5～28%，镍10.5～16%，硼0～0.65%，硅0.12～1.0%，钼0～4.5%，锰0～0.8%，其余为铁。
4.根据权利要求1所述的一种铁道车辆车轴的修复工艺，其特征在于，所述的激光熔覆中参数为：激光功率2000～2500W，扫描速度6mm/s，送粉电压10～14V，光斑直径3～5mm，搭接率0.4～0.5。
5.根据权利要求1所述的一种铁道车辆车轴的修复工艺，其特征在于，所述的激光器为侧向送粉的半导体激光器或同轴送粉的光纤激光器。
6.根据权利要求1所述的一种铁道车辆车轴的修复工艺，其特征在于，所述的惰性气体为氩气，流速为10～15L/min。
7.根据权利要求1所述的一种铁道车辆车轴的修复工艺，其特征在于，步骤（3）中所述的喷丸过程采用不锈钢弹丸，弹丸尺寸为0.4～0.6mm，喷丸速度为80～120m/s。
8.根据权利要求1所述的一种铁道车辆车轴的修复工艺，其特征在于，步骤（3）中所述的热处理过程采用局部热处理，热处理温度为300℃，保温时间1～2h，然后缓慢冷却。
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