CN107190258B - 定制式激光智能快速沉积再造铁路列车轮对的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种定制式激光智能快速沉积再造铁路列车轮对的方法，属于列车轮对修复领域，以解决目前方式修复效果不理想、使用寿命短及使铁路运输成本较高的问题。包括：对已经遭受损伤或失效的车轮和车轴部件进行损伤情况检查，确定损伤失效的程度和产生因素；根据检查结果及部件类型、材质及使用要求确定部件的全寿命周期；根据检查结果、部件类型、材质、使用要求及全寿命周期为部件设计再造时使用的合金材料；清理干净待修复部位，采用半导体激光机和单臂机器人将合金材料沉积至待修复部位；单臂机器人引导激光束以480～800mm/min速度沉积合金材料；将再造后的部件恢复到原设计制造规格尺寸，进行无损检测和硬度检测，以达到部件的技术标准规范要求。

Description

定制式激光智能快速沉积再造铁路列车轮对的方法
技术领域
本发明涉及铁路列车轮对修复技术领域，尤其涉及一种定制式激光智能快速沉积再造铁路列车轮对的方法。
背景技术
铁路列车运行中，车轮、车轴及钢轨并称为铁路三大安全部件，其质量、性能与使用寿命直接关系着列车的安全运行和旅客生命财产的安全。作为列车运行安全重要部件的车轮及车轴发生磨耗、剥离和裂纹是列车轮对损伤或失效的三大重要因素。车轮的磨耗速度是每行走10万公里磨耗量为1.0mm，一般列车车轮的平均使用寿命仅为4～5年，高铁列车车轮平均使用寿命仅有2.5年。车轴在运行中承受旋转弯曲和冲击等多项复杂应力，疲劳裂纹损伤是主要失效或损伤形式。
目前，列车轮对损伤或失效后，经常通过旋修加工的方式来进行修复。例如，车轮产生剥离或磨耗损伤时，使用旋修加工方式进行修复。然而，经验表明，车轮半径每旋修3.5mm，车辕将增厚1.0mm，修复效果不理想。由于车轮旋修量较大，修复后使用寿命比较短。而车轮和车轴发现裂纹等严重损伤，只能依靠更换新部件的方法，导致铁路运输成本比较高。
发明内容
本发明的目的是解决目前在对列车轮对进行修复时，旋修加工方式存在修复效果不理想、修复后使用寿命短及更换部件使铁路运输成本比较高的技术问题，提供一种定制式激光智能快速沉积再造铁路列车轮对的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种定制式激光智能快速沉积再造铁路列车轮对的方法，包括下列步骤：
步骤1，对已经遭受损伤或失效的车轮和车轴部件，进行损伤情况检查，确定车轮和车轴部件损伤失效的程度和产生因素；
步骤2，根据检查结果及车轮和车轴部件类型、材质及使用要求，以车轮和车轴部件的原设计寿命为基础，确定车轮和车轴部件的全寿命周期；
步骤3，根据检查结果、车轮和车轴部件类型、材质、使用要求及车轮和车轴部件的全寿命周期，为车轮和车轴部件设计再造时使用的合金材料；
步骤4，采用机械加工方式清理干净车轮和车轴部件的待再造部位，并采用半导体激光机和单臂机器人将合金材料沉积至待再造部位；单臂机器人引导激光束以480～800mm/min速度沉积合金材料；在进行沉积时，将合金材料预先置于待再造部位或将合金材料的粉末与激光束同步送至待再造部位；
步骤5，采用机械加工方式将再造后的车轮和车轴部件恢复到车轮和车轴部件的原设计制造规格尺寸后，进行无损检测和硬度检测，以确保达到车轮和车轴部件的技术标准规范要求；
所述合金材料由下述原料组成：0.2％～0.5％的碳、4％～6％的镍、6％～9％的铬、3％～4％的钼、1％～2％的钒、0.2％～0.6％的稀土元素和1％～2％的石墨烯，其余为铁。
可选地，所述半导体激光机的激光光束为20*2.5mm、功率密度为1.3*104w/cm2。
本发明的有益效果是：
通过根据检查结果、部件类型、部件材质、部件的使用要求及部件的全寿命周期，为部件个性化设计再造时使用的合金材料，并采用激光智能快速沉积制造工艺将合金材料沉积至待再造部位，不仅可以使部件恢复正常使用，并提高部件的使用寿命，而且能够节省成本。因此，与背景技术相比，本发明具有再造效果好、再造成本低和可以提高使用寿命及降低铁路运输成本等优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细描述。
本实施例中的定制式激光智能快速沉积再造铁路列车轮对的方法，包括下列步骤：
步骤1，对已经遭受损伤或失效的车轮和车轴部件，进行损伤情况检查，确定车轮和车轴部件损伤失效的程度和产生因素。
步骤2，根据检查结果及车轮和车轴部件类型、材质及使用要求，以车轮和车轴部件的原设计寿命为基础，确定车轮和车轴部件的全寿命周期。
全寿命周期是指经过定制式激光智能快速沉积再造后，车轮和车轴部件预期要达到的使用寿命。通常，确定的部件的全寿命周期为其原设计寿命的至少2倍。
步骤3，根据检查结果、车轮和车轴部件类型、材质、使用要求及车轮和车轴部件的全寿命周期，为车轮和车轴部件设计再造时使用的合金材料。
步骤4，采用机械加工方式清理干净车轮和车轴部件的待再造部位，并采用半导体激光机和单臂机器人将合金材料沉积至待再造部位；单臂机器人引导激光束以480～800mm/min速度沉积合金材料；在进行沉积时，将合金材料预先置于待再造部位或将合金材料的粉末与激光束同步送至待再造部位。
其中，沉积速度可以根据部件的类型、材质确定。不同类型不同材质的部件选择不同的沉积速度。半导体激光机的功率为6000w。
步骤5，采用机械加工方式将再造后的车轮和车轴部件恢复到车轮和车轴部件的原设计制造规格尺寸后，进行无损检测和硬度检测，以确保达到车轮和车轴部件的技术标准规范要求。
其中，步骤5中的机械加工方式可以为车、磨、铣等中的至少一种。无损检测可以为渗透检测、超声波检测、磁力检测和X光检测中的至少一种。
可选地，所述合金材料由下述原料组成：0.2％～0.5％的碳、4％～6％的镍、6％～9％的铬、3％～4％的钼、1％～2％的钒、0.2％～0.6％的稀土元素和1％～2％的石墨烯，其余为铁。
其中，石墨烯具有强韧的特性，其具有断裂强度比最好钢材还高100倍以上的强大吸收冲击力的特性，因此，在合金材料中加入适量石墨烯可以进一步提高合金材料的强韧性、抗裂性能与抗冲击能力。另外，再加上石墨烯具有极高的导热效率，将该合金材料沉积于待再造部位后，可以克服车轮和车轴因高速转动摩擦产生的热磨损和热裂纹的损伤。
可选地，所述半导体激光机的激光光束为20*2.5mm、功率密度为1.3*104w/cm2。
实验表明，经过定制式激光智能快速沉积再造铁路列车轮对的方法再造的轮对部件，其中属于已经发生损伤失效的部件可以恢复并提升其使用技术性能，属于已经报废状态的大多数部件使其“起死回生”得到新生，重新投产使用。经过再造的车轮和车轴等部件，不仅在运行中质量安全可靠，而且一次性可以延长其使用寿命1～2倍。
经统计表明，现在使用的矿山铁路轮对(50型)采购费用约2.0万元，采用定制式激光智能快速沉积再造铁路列车轮对的方法进行再造的费用仅约1.0万元。客货列车轮对采购费用高于矿山用货车轮对费用，高铁列车轮对采购费用要高出十几倍。经初步估算，经过定制式激光智能快速沉积再造铁路列车轮对的方法再造的费用，一般情况下仅为新品采购费用的30％～60％，车轮和车轴部件使用消耗量可以降低约30％，因此，通过本发明的方法不仅可以节省铁路运输的成本，而且还可以降低损耗、提高列车轮对的使用寿命。

Claims (2)

1.一种定制式激光智能快速沉积再造铁路列车轮对的方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤1，对已经遭受损伤或失效的车轮和车轴部件，进行损伤情况检查，确定车轮和车轴部件损伤失效的程度和产生因素；
步骤2，根据检查结果及车轮和车轴部件类型、材质及使用要求，以车轮和车轴部件的原设计寿命为基础，确定车轮和车轴部件的全寿命周期；
步骤3，根据检查结果、车轮和车轴部件类型、材质、使用要求及车轮和车轴部件的全寿命周期，为车轮和车轴部件设计再造时使用的合金材料；
步骤4，采用机械加工方式清理干净车轮和车轴部件的待再造部位，并采用半导体激光机和单臂机器人将合金材料沉积至待再造部位；单臂机器人引导激光束以480～800mm/min速度沉积合金材料；在进行沉积时，将合金材料预先置于待再造部位或将合金材料的粉末与激光束同步送至待再造部位；
步骤5，采用机械加工方式将再造后的车轮和车轴部件恢复到车轮和车轴部件的原设计制造规格尺寸后，进行无损检测和硬度检测，以确保达到车轮和车轴部件的技术标准规范要求；
所述合金材料由下述原料组成：0.2％～0.5％的碳、4％～6％的镍、6％～9％的铬、3％～4％的钼、1％～2％的钒、0.2％～0.6％的稀土元素和1％～2％的石墨烯，其余为铁。
2.根据权利要求1所述的定制式激光智能快速沉积再造铁路列车轮对的方法，其特征在于，所述半导体激光机的激光光束为20*2.5mm、功率密度为1.3*104w/cm2。
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