一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，它包括前處理，激光熔覆，消除殘余應(yīng)力和機加工的過程，其在激光熔覆過程中采用的金屬粉末的成分及其質(zhì)量百分比為碳0.1～0.25%，鉻17.5～28%，鎳10.5～16%，硼0～0.65%，硅0.12～1.0%，鉬0～4.5%，錳0～0.8%，其余為鐵。本發(fā)明修復(fù)后的車軸微觀組織細小，沒有氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，能滿足使用性能要求；修復(fù)后的車軸使用壽命均達到或超新軸水平；本發(fā)明的修復(fù)工藝操作簡單，可控性好，可以在短時間內(nèi)快速修復(fù)損傷的車軸，減少更換新軸的費用，降低車軸的使用成本，減少車軸廢棄對環(huán)境的危害，對環(huán)境友好。
【專利說明】 一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光熔覆修復(fù)技術(shù)，特別涉及一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]車軸是關(guān)系到運輸安全的重要零件，一旦車軸折斷造成脫軌翻車，損失慘重。根據(jù)鐵路標準規(guī)定，車軸的使用壽命為25年。但是從車軸入廠檢修的情況可以看出:有相當一部分的車軸在運用不足10年的時間內(nèi)，車軸出現(xiàn)損傷，其缺陷主要為輪座裂紋和卸荷槽裂紋。輪座有裂紋的車軸和需要退卸的輪對，退輪后車軸表面普遍存在不同程度的拉傷。此夕卜，在生產(chǎn)過程中車軸也存在著大量報廢，多數(shù)報廢由以下原因造成:在車軸精加工過程中機加工造成的尺寸偏差；車軸與車輪裝配過程中車輪對車軸的劃傷；車軸毛坯材料存在裂紋；制造和維修過程操作不當造成軸身鏟痕。
[0003]造成車軸損傷的根本原因是由于金屬各個晶粒位向不同，并存在位錯、夾雜等微觀與宏觀缺陷，在低于材料屈服強度的循環(huán)應(yīng)力作用下，最不利的薄弱晶?；驃A雜等缺陷處會萌生裂紋，經(jīng)裂紋擴展階段直至失穩(wěn)斷裂。由于鐵道車輛車軸表面應(yīng)力高，表面晶粒受的約束少、易滑移，表面易腐蝕，表面上可能有加工痕跡或傷痕使其疲勞強度降低，因而疲勞裂紋在表面萌生并逐漸向內(nèi)部擴展。目前相對應(yīng)的對策為采用合理的形狀與尺寸，縮短軸頸長度，提高軸頸的強度和剛度減少軸頸彎曲變形，減輕微動磨損；選擇更好的車軸材質(zhì)，降低裂紋萌生的機會；加強表面防護。
[0004]目前關(guān)于已損壞的鐵道車輛車軸的修復(fù)技術(shù)的研宄甚少，并且在實際維修車軸時仍然存在裂紋缺陷，很多直接更換車軸，車軸直接更換成本較高且廢棄車軸對環(huán)境有一定的危害。本發(fā)明就損壞的鐵道車輛車軸提供修復(fù)技術(shù)，解決前述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，該工藝利用激光熔覆修復(fù)鐵道車輛車軸，工藝可控性好，修復(fù)后的車軸具有微觀組織細小，力學(xué)性能優(yōu)良的特點，此外該工藝降低了車軸的使用成本，對環(huán)境友好。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，它包括以下步驟:
(1)前處理:將車軸損傷部位進行加工處理，然后用丙酮和無水酒精將損傷部位及周圍20mm內(nèi)的油污及鐵銹清除干凈；
(2)激光熔覆:經(jīng)步驟(I)處理后的車軸損傷部位表面采用激光器沿著損傷部位實行光斑掃描，并將車軸損傷部位表面熔化形成熔池，金屬粉末被惰性氣體吹入熔池熔化對車軸損傷部位進行修復(fù)；
(3)消除殘余應(yīng)力:將修復(fù)后的車軸損傷部位經(jīng)噴丸或熱處理消除殘余應(yīng)力；
(4)機加工:將消除殘余應(yīng)力的車軸損傷部位經(jīng)機加工保持光潔。
[0007]進一步地，所述的加工處理為機加工或手工打磨中一種或它們的組合。
[0008]進一步地，所述的金屬粉末的成分及其質(zhì)量百分比為:碳0.1?0.25%，鉻17.5?28%，鎳10.5?16%，硼O?0.65%，硅0.12?1.0%，鉬O?4.5%，錳O?0.8%，其余為鐵。
[0009]進一步地，所述的激光熔覆中參數(shù)為:激光功率2000?2500W，掃描速度6mm/s，送粉電壓10?14V，光斑直徑3?5_，搭接率0.4?0.5。
[0010]進一步地，所述的激光器為側(cè)向送粉的半導(dǎo)體激光器或同軸送粉的光纖激光器。
[0011]進一步地，所述的惰性氣體為氬氣，流速為10?15L/min。
[0012]進一步地，步驟(3)中所述的噴丸過程采用不銹鋼彈丸，彈丸尺寸為0.4?0.6mm，噴丸速度為80?120m/s。
[0013]進一步地，步驟(3)中所述的熱處理過程采用局部熱處理，熱處理溫度為300°C，保溫時間I?2h，然后緩慢冷卻。
[0014]所述的激光熔覆對車軸損傷部位表面進行修復(fù)，隨后消除殘余應(yīng)力，對消除應(yīng)力的車軸損傷部位表面進行著色探傷和磁粉探傷檢測，檢測其是否存在無裂紋缺陷及工件的尺寸精度和位置精度，均符合要求。
[0015]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明利用激光熔覆修復(fù)受損鐵道車輛車軸，修復(fù)層的厚度達到0.5?2.0_，修復(fù)層和基體界面冶金結(jié)合良好；修復(fù)后的車軸微觀組織細小，沒有氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，消除了殘余應(yīng)力能滿足使用性能要求；修復(fù)后的車軸使用壽命均達到或超新軸水平；本發(fā)明的修復(fù)工藝操作簡單，可控性好，可以在短時間內(nèi)快速修復(fù)損傷的車軸，減少更換新軸的費用，降低車軸的使用成本，同時也減少了車軸廢棄對環(huán)境的危害，對環(huán)境友好。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步的描述，本發(fā)明的保護范圍不局限于以下所述。
[0017]實施例1:一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，它包括以下步驟:
(1)前處理:將車軸損傷部位進行機加工去除損傷部位缺陷，然后用丙酮和無水酒精將損傷部位及周圍20mm內(nèi)的油污及鐵銹清除干凈；
(2)激光熔覆:經(jīng)步驟(I)處理后的車軸損傷部位表面采用側(cè)向送粉的半導(dǎo)體激光器沿著損傷部位實行光斑掃描，并將車軸損傷部位表面熔化形成熔池，金屬粉末被流速為15L/min的氬氣吹入熔池熔化對車軸損傷部位進行修復(fù)，其中:金屬粉末由以下質(zhì)量百分比的成分組成:
碳0.1%，鉻17.5%，
鎳10.5%，硅0.12%，
其余為鐵，
激光熔覆過程的參數(shù)如下:
激光功率2000W，掃描速度 6mm/s，
送粉電壓14V，光斑直徑 5mm，
搭接率0.5 ；
(3)消除殘余應(yīng)力:將修復(fù)后的車軸損傷部位經(jīng)熱處理消除殘余應(yīng)力，所述的熱處理過程采用局部熱處理，熱處理溫度為300°C，保溫時間2h，然后緩慢冷卻； (4)機加工:對消除應(yīng)力的車軸損傷部位表面進行著色探傷和磁粉探傷檢測，檢測其是否存在無裂紋缺陷，檢測車軸的尺寸精度和位置精度，均符合要求，最后將消除殘余應(yīng)力的車軸損傷部位用機加工方式達到車軸的最終尺寸精度和光潔度要求。
[0018]實施例2:—種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，它包括以下步驟:
(1)前處理:將車軸損傷部位同時進行機加工和手工打磨清除損傷部位缺陷，然后用丙酮和無水酒精將損傷部位及周圍20_內(nèi)的油污及鐵銹清除干凈；
(2)激光熔覆:經(jīng)步驟(I)處理后的車軸損傷部位表面采用同軸送粉的光纖激光器沿著損傷部位實行光斑掃描，并將車軸損傷部位表面熔化形成熔池，金屬粉末被流速為15L/min的氬氣吹入熔池熔化對車軸損傷部位進行修復(fù)，其中:金屬粉末由以下質(zhì)量百分比的成分組成:
碳0.25%，鉻17.5%，
鎳16%，硼0.65%，
硅1%，其余為鐵，
激光熔覆過程的參數(shù)如下:
激光功率2500W，掃描速度 6mm/s，
送粉電壓10V，光斑直徑 3mm，
搭接率0.4 ；
(3)消除殘余應(yīng)力:將修復(fù)后的車軸損傷部位經(jīng)噴丸處理消除殘余應(yīng)力，所述的噴丸過程采用不銹鋼彈丸，彈丸尺寸為0.4mm，噴丸速度為80m/s ；
(4)機加工:對消除應(yīng)力的車軸損傷部位表面進行著色探傷和磁粉探傷檢測，檢測其是否存在無裂紋缺陷，檢測車軸的尺寸精度和位置精度，均符合要求，最后將消除殘余應(yīng)力的車軸損傷部位用機加工方式達到車軸的最終尺寸精度和光潔度要求。
[0019]實施例3:—種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，它包括以下步驟:
(1)前處理:將車軸損傷部位進行手工打磨清除損傷部位缺陷，然后用丙酮和無水酒精將損傷部位及周圍20mm內(nèi)的油污及鐵銹清除干凈；
(2)激光熔覆:經(jīng)步驟(I)處理后的車軸損傷部位表面采用側(cè)向送粉的半導(dǎo)體激光器沿著損傷部位實行光斑掃描，并將車軸損傷部位表面熔化形成熔池，金屬粉末被流速為llL/min的氬氣吹入熔池熔化對車軸損傷部位進行修復(fù)，其中:金屬粉末由以下質(zhì)量百分比的成分組成:
碳0.1%，鉻28%，
鎳10.5%，硼0.65%，
硅0.12%，鉬4.5%，
其余為鐵，
激光熔覆過程的參數(shù)如下:
激光功率2100W，掃描速度 6mm/s，
送粉電壓IIV，光斑直徑 4mm，
搭接率0.5 ；
(3)消除殘余應(yīng)力:將修復(fù)后的車軸損傷部位經(jīng)熱處理消除殘余應(yīng)力，所述的熱處理過程采用局部熱處理，熱處理溫度為300°C，保溫時間lh，然后緩慢冷卻； (4)機加工:對消除應(yīng)力的車軸損傷部位表面進行著色探傷和磁粉探傷檢測，檢測其是否存在無裂紋缺陷，檢測車軸的尺寸精度和位置精度，均符合要求，最后將消除殘余應(yīng)力的車軸損傷部位用機加工方式達到車軸的最終尺寸精度和光潔度要求。
[0020]實施例4:一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，它包括以下步驟:
(1)前處理:將車軸損傷部位進行機加工去除損傷部位缺陷，然后用丙酮和無水酒精將損傷部位及周圍20mm內(nèi)的油污及鐵銹清除干凈；
(2)激光熔覆:經(jīng)步驟(I)處理后的車軸損傷部位表面采用同軸送粉的光纖激光器沿著損傷部位實行光斑掃描，并將車軸損傷部位表面熔化形成熔池，金屬粉末被流速為12L/min的氬氣吹入熔池熔化對車軸損傷部位進行修復(fù)，其中:金屬粉末由以下質(zhì)量百分比的成分組成:
碳0.15%，鉻20%，
鎳12%，硼0.2%，
硅0.2%，鉬1.0%，
錳0.8%，其余為鐵，
激光熔覆過程的參數(shù)如下:
激光功率2200W，掃描速度 6mm/s，
送粉電壓12V，光斑直徑 4mm，
搭接率0.4 ；
(3)消除殘余應(yīng)力:將修復(fù)后的車軸損傷部位經(jīng)噴丸處理消除殘余應(yīng)力，所述的噴丸過程采用不銹鋼彈丸，彈丸尺寸為0.6mm，噴丸速度為120m/s ；
(4)機加工:對消除應(yīng)力的車軸損傷部位表面進行著色探傷和磁粉探傷檢測，檢測其是否存在無裂紋缺陷，檢測車軸的尺寸精度和位置精度，均符合要求，最后將消除殘余應(yīng)力的車軸損傷部位用機加工方式達到車軸的最終尺寸精度和光潔度要求。
[0021]實施例5:—種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，它包括以下步驟:
(1)前處理:將車軸損傷部位進行手工打磨清除損傷部位缺陷，然后用丙酮和無水酒精將損傷部位及周圍20mm內(nèi)的油污及鐵銹清除干凈；
(2)激光熔覆:經(jīng)步驟(I)處理后的車軸損傷部位表面采用側(cè)向送粉的半導(dǎo)體激光器沿著損傷部位實行光斑掃描，并將車軸損傷部位表面熔化形成熔池，金屬粉末被流速為13L/min的氬氣吹入熔池熔化對車軸損傷部位進行修復(fù)，其中:金屬粉末由以下質(zhì)量百分比的成分組成:
碳0.2%，鉻22%，
鎳12.5%，硼0.3%，
硅0.5%，鉬2.0%，
錳0.4%，其余為鐵，
激光熔覆過程的參數(shù)如下:
激光功率2300W，掃描速度 6mm/s，
送粉電壓13V，光斑直徑 4mm，
搭接率0.4 ；
(3)消除殘余應(yīng)力:將修復(fù)后的車軸損傷部位經(jīng)熱處理消除殘余應(yīng)力，所述的熱處理過程采用局部熱處理，熱處理溫度為300°C，保溫時間1.5h，然后緩慢冷卻；
(4)機加工:對消除應(yīng)力的車軸損傷部位表面進行著色探傷和磁粉探傷檢測，檢測其是否存在無裂紋缺陷，檢測車軸的尺寸精度和位置精度，均符合要求，最后將消除殘余應(yīng)力的車軸損傷部位用機加工方式達到車軸的最終尺寸精度和光潔度要求。
[0022]實施例6:—種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，它包括以下步驟:
(1)前處理:將車軸損傷部位同時進行機加工和手工打磨清除損傷部位缺陷，然后用丙酮和無水酒精將損傷部位及周圍20_內(nèi)的油污及鐵銹清除干凈；
(2)激光熔覆:經(jīng)步驟(I)處理后的車軸損傷部位表面采用同軸送粉的光纖激光器沿著損傷部位實行光斑掃描，并將車軸損傷部位表面熔化形成熔池，金屬粉末被流速為14L/min的氬氣吹入熔池熔化對車軸損傷部位進行修復(fù)，其中:金屬粉末由以下質(zhì)量百分比的成分組成:
碳0.1%，鉻25%，
鎳14%，硼0.3%，
硅0.7%，鉬3.0%，
錳0.2%，其余為鐵，
激光熔覆過程的參數(shù)如下:
激光功率2400W，掃描速度 6mm/s，
送粉電壓14V，光斑直徑 5mm，
搭接率0.4 ；
(3)消除殘余應(yīng)力:將修復(fù)后的車軸損傷部位經(jīng)噴丸處理消除殘余應(yīng)力，所述的噴丸過程采用不銹鋼彈丸，彈丸尺寸為0.6mm，噴丸速度為100m/s ；
(4)機加工:對消除應(yīng)力的車軸損傷部位表面進行著色探傷和磁粉探傷檢測，檢測其是否存在無裂紋缺陷，檢測車軸的尺寸精度和位置精度，均符合要求，最后將消除殘余應(yīng)力的車軸損傷部位用機加工方式達到車軸的最終尺寸精度和光潔度要求。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，其特征在于，它包括以下步驟: (1)前處理:將車軸損傷部位進行加工處理，然后用丙酮和無水酒精將損傷部位及周圍20mm內(nèi)的油污及鐵銹清除干凈； (2)激光熔覆:經(jīng)步驟(I)處理后的車軸損傷部位表面采用激光器沿著損傷部位實行光斑掃描，并將車軸損傷部位表面熔化形成熔池，金屬粉末被惰性氣體吹入熔池熔化對車軸損傷部位進行修復(fù)； (3)消除殘余應(yīng)力:將修復(fù)后的車軸損傷部位經(jīng)噴丸或熱處理消除殘余應(yīng)力； (4)機加工:將消除殘余應(yīng)力的車軸損傷部位經(jīng)機加工保持光潔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，其特征在于，所述的加工處理為機加工或手工打磨中一種或它們的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，其特征在于，所述的金屬粉末的成分及其質(zhì)量百分比為:碳0.1?0.25%，鉻17.5?28%，鎳10.5?16%，硼O?0.65%，硅0.12?1.0%，鉬O?4.5%，錳O?0.8%，其余為鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，其特征在于，所述的激光熔覆中參數(shù)為:激光功率2000?2500W，掃描速度6mm/s，送粉電壓10?14V，光斑直徑3?5_，搭接率0.4?0.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，其特征在于，所述的激光器為側(cè)向送粉的半導(dǎo)體激光器或同軸送粉的光纖激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，其特征在于，所述的惰性氣體為氬氣，流速為10?15L/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，其特征在于，步驟(3)中所述的噴丸過程采用不銹鋼彈丸，彈丸尺寸為0.4?0.6mm，噴丸速度為80?120m/s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵道車輛車軸的修復(fù)工藝，其特征在于，步驟(3)中所述的熱處理過程采用局部熱處理，熱處理溫度為300°C，保溫時間I?2h，然后緩慢冷卻。
【文檔編號】C22C30/00GK104480466SQ201510000792
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2015年1月4日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月4日
【發(fā)明者】陳輝, 陳文靜, 劉艷, 余敏, 李遠星 申請人:西南交通大學(xué)