激光在轨道交通行业中的应用系列之车辆轮轨表面激光改性工艺

来源:激光制造网    关键词:轨道交通, 焊接工艺,    发布时间:2018-07-17

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 【导读】:在前两期文章,我们提到了激光在轨道交通行业中的应用系列之车辆激光焊接车辆激光切割工艺相信大家对车辆激光工艺方面的相关问题有了更深入的了解。激光技术以其高精度、高柔性化、控制智能化、体系开放化、信息交互网络化、绿色化等特点,具有智能制造的先天基因优势,极大地促进中国了铁路机车制造工艺水平的提升,本期,我们就来聊一下轨道车辆轮轨表面激光改性工艺

 

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轨道车辆的牵引、制动工况,需要利用轮轨之间的滚动接触完成。车-轨间载荷的传递需依靠很小的接触斑,各种复杂载荷反复作用发生其上,导致轮轨接触表面产生车轮轮缘、钢轨侧磨、轮轨剥离、钢轨波磨、表面擦伤和钢轨压溃性磨损等。因此需要选用激光熔覆、激光淬火、激光离散熔凝和激光合金化等表面处理的激光强化工艺,来提高轮轨材料抗磨损能力,以达到缓解磨损的效果。 

 

1、激光熔覆工艺

激光熔覆工艺属于较为先进的材料表面改性工艺,属于激光加工范畴,可在车轮和钢轨表面获得无气孔及裂纹优质熔覆层,进而提升轮轨抗磨损能力,改善产品使用周期。

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(激光熔覆)

 

该加工方法将不同涂层材料设置于基体表面,同时利用高能密度激光束将涂层材料与基体表层材料共同熔凝,形成涂层。且该涂层有与基体冶金结合的功能,可以有效提升材料的抗氧化、抗热变形、抗腐蚀、抗磨损等特性。

 

2、激光淬火处理

激光淬火处理时,温度急速升高或冷凝,表层晶粒极细、位错密度增加,进而在表层形成压应力,能够大大改善工件的耐磨性、耐疲劳、耐蚀性,改善工件材料的性能。研究城市轨道车辆钢轮钢轨的损伤机理,利用试验发现激光淬火工艺后的轮轨表面硬度增加,抗磨性能改善,磨损量同比减少超过60%,且表面损伤相对较轻,表现为小麻点式剥落损伤,与处理前明显的剥落损伤相比,抗损伤能力有显著增强。用半导体激光器进行淬火处理,功率设置为300 W,钢轨材料为U74,发现可使钢轨表面硬度改善3-4倍,达到800900 HV0.01,有效地改善了钢轨性能。

 

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(激光淬火)

 

 

3、激光离散工艺

工件进行激光离散熔凝,可以获得非均匀性能表面。在频繁起动、转向、制动过程中会形成具有某种深度的熔凝点,而熔凝点分布提升轮轨耐磨能力,进而形成稳定表面形貌,还能改善其摩擦特性,有学者就将激光离散技术应用到车轮钢的改性处理。经过激光离散处理后,熔凝点硬度高,在磨损过程中,容易形成凸起;熔凝点可改善轮轨抗塑性变形性能,有效阻止表面塑性变形积累,减少层片状剥落,显示较高耐磨损能力。

 

4、激光毛化处理

激光毛化技术已成功应用于轧辊的装备处理,原因在于辊面能够精确制造出粗糙形貌,并且辊面的硬度也得到改性强化。基于这一优势,蔡宝春等通过激光毛化处理获得了3种不同影响轮轨材料混合润滑摩擦因数的表面纹理形貌(横纹、纵纹、菱形),试验对比得出在油污条件下使用激光毛化的菱形纹理表面,能较显著地改善轮轨间的摩擦因数,减少轮轨间的磨损。

 

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(激光毛化处理)

 

 以上就是关于轨道车辆轮轨表面激光改性工艺方面相关描述,为了有效提高铁路的运营效率,现在铁路发展主要朝着高速客车、地铁客车、轻轨车、高速重载货车等方向发展。下一期:激光在轨道交通行业中的应用系列之车辆激光制造其他应用,敬请关注。

 

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