一種鐵路鋼軌激光表面強(qiáng)化工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光表面強(qiáng)化工藝，具體是一種鐵路鋼軌激光表面強(qiáng)化工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼軌是鐵路及城市軌道交通的主要組成部件，它的功能在于引導(dǎo)牽引機(jī)車車輛的車輪前進(jìn)，鋼軌承受著車輪的巨大壓力，特別是在軌道轉(zhuǎn)彎的彎道上，承受的輪軌壓力比在直道上承受的壓力、磨擦力以及沖擊力更大，車輪與鋼軌相互間產(chǎn)生的粘著、蠕滑和壓潰、側(cè)磨、波磨、等致使輪軌的磨耗和損傷十分嚴(yán)重。根據(jù)調(diào)查資料，我國彎道上的鋼軌有98%是由于壓潰、波磨、側(cè)面磨耗超限而報(bào)廢的。隨著鐵路機(jī)車車輛的重載與高速化，輪軌間的摩擦磨損也日趨嚴(yán)重，因摩擦磨損所致的事故風(fēng)險(xiǎn)也在增加，且發(fā)生較為普遍，為確保行車安全，必須進(jìn)行定期的鋼軌探傷打磨或更換整根鋼軌，以便及時消除隱患，避免發(fā)生重大行車事故。
[0003]鋼軌通過軋制成形的在現(xiàn)熱處理或軋制后的熱處理如中頻淬火、在現(xiàn)噴霧淬火及回火后表面硬度通常為HRC30左右，帶來耐磨性嚴(yán)重不足，在軌道彎道處產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，在過車頻率很高的高鐵及城際鐵路及地鐵磨損尤為嚴(yán)重，嚴(yán)重影響運(yùn)行效率和運(yùn)輸安全。采用傳統(tǒng)的熱處理方法難以解決強(qiáng)度、硬度、沖擊韌性及抗接觸疲勞強(qiáng)度等性能要求的矛盾，如果顯著提高鋼軌的表面硬度，就會顯著降低鋼軌的抗彎強(qiáng)度和抗沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度。因此在保持鋼軌整體抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度等良好力學(xué)性能的同時，通過鋼軌表面的強(qiáng)化處理顯著提高鋼軌的耐磨性能是有效提高鋼軌使用壽命的迫切要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種鐵路鋼軌激光表面強(qiáng)化工藝，通過對鋼軌表面進(jìn)行激光表面強(qiáng)化處理，在保持鋼軌整體強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能不變的條件下顯著提高鋼軌表面的硬度和耐磨性。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種鐵路鋼軌激光表面強(qiáng)化工藝，包括以下工藝步驟:
(1)去除鋼軌表面油污或銹跡并拋光；
(2)用超聲波探傷法對鋼軌進(jìn)行探傷檢驗(yàn)，要求鋼軌表面無裂紋、剝落缺陷；
(3)將與粘接劑混合好的S12吸光涂料均勻地預(yù)置在鋼軌表面，自然風(fēng)干或風(fēng)扇吹干，以提高鋼軌表面對CO2激光的吸收率；涂料、稀釋劑與粘接劑的配比為:100?150 g S12 +600?800 m I酒精+ 1g漆片，預(yù)置厚度為30?50μ m ;
(4)用寬帶積分鏡技術(shù)將圓形光斑轉(zhuǎn)變成尺寸為長X寬=1mmX I mm或30 mm Xl mm矩形光斑進(jìn)行掃描；
(5)用5000W橫流二氧化碳激光器快速掃描鋼軌表面，使鋼軌表面實(shí)現(xiàn)激光表面淬火；其工藝參數(shù)如下:
聚焦鏡 F=250-400mm 淬火功率P=1500-5000W 光斑尺寸D=10-30_
掃描速度 V=200-1500mm/min 搭接寬度為0.5?Imm ;
(6)利用高功率5000W橫流二氧化碳激光器再次快速掃描鋼軌淬火表面，使鋼軌淬火表面實(shí)現(xiàn)回火處理；其工藝參數(shù)如下:
聚焦鏡 F=250-400mm 淬火功率P=1500-5000W 光斑尺寸D=10-30_
掃描速度 V=1000-5000mm/min 搭接寬度為0.5?Imm ;
(7)鋼軌淬火后探傷:用超聲波探傷設(shè)備對步驟(5)和(6)中淬火后的鋼軌進(jìn)行探傷，要求鋼軌不得有裂紋產(chǎn)生。
[0006]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:步驟(3)中涂料、稀釋劑與粘接劑的配比為:125g S12 + 700 m I酒精+ 1g漆片，預(yù)置厚度為40μπι。
[0007]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:步驟(5)的工藝參數(shù)如下:
聚焦鏡F=325mm
淬火功率P=3250W 光斑尺寸D=20mm 掃描速度V=850mm/min 搭接寬度為0.8mm。
[0008]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:步驟(6)的工藝參數(shù)如下:
聚焦鏡F=325mm
淬火功率P=3250W 光斑尺寸D=20mm 掃描速度V=3000mm/min 搭接寬度為0.8mm。
[0009]本發(fā)明的原理是先采用激光對鋼軌表面進(jìn)行淬火，然后用激光對鋼軌進(jìn)行回火處理工藝，其顯微組織主要為回火馬氏體組織，通過激光處理工藝優(yōu)化，可以鋼軌表面得到厚度為0.8-lmm的細(xì)化均勻的類似索氏體或屈氏體回火組織，具有較高的硬度(HRC35-50)和耐磨性，同時具有較高的抗彎強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，從而提高了鋼軌的抗粘著、蠕滑和壓潰、側(cè)磨、波磨的性能。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在保證鋼軌整體抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性、疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能不變的前提下顯著減少了鋼軌的波磨、側(cè)面磨耗及掉塊的現(xiàn)象，顯著提高了鋼軌穩(wěn)定性及耐蝕性能和使用壽命，節(jié)約了更換鋼軌時間和維護(hù)成本并降低行車阻力，節(jié)約燃料，延長鐵路鋼軌的服役期。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0012]實(shí)施例1
一種鐵路鋼軌激光表面強(qiáng)化工藝，包括以下工藝步驟:
(1)用汽油、酒精或去污溶劑去除鋼軌表面油污或銹跡，然后用砂紙或角磨機(jī)打磨鋼軌表面進(jìn)一步去除污物和拋光；
(2)用超聲波探傷法對鋼軌進(jìn)行探傷檢驗(yàn)，要求鋼軌表面無裂紋、剝落缺陷；
(3)用W-77型噴槍將與粘接劑混合好的S12吸光涂料均勻地預(yù)置在鋼軌表面，自然風(fēng)干或風(fēng)扇吹干，以提高鋼軌表面對CO2激光的吸收率；涂料、稀釋劑與粘接劑的配比為:100g S12 + 600 m I酒精+ 1g漆片，預(yù)置厚度為30μ m ；
(4)用寬帶積分鏡技術(shù)將圓形光斑轉(zhuǎn)變成尺寸為長X寬=10mm Xl mm矩形光斑進(jìn)行掃描；
(5)用5000W橫流二氧化碳激光器快速掃描鋼軌表面，使鋼軌表面實(shí)現(xiàn)激光表面淬火；其工藝參數(shù)如下:
聚焦鏡F=250mm 淬火功率P=1500W 光斑尺寸D=1mm 掃描速度V=200mm/min 搭接寬度為0.5mm ；
(6)利用高功率5000W橫流二氧化碳激光器再次快速掃描鋼軌淬火表面，使鋼軌淬火表面實(shí)現(xiàn)回火處理；其工藝參數(shù)如下:
聚焦鏡F=250mm 淬火功率P=1500W 光斑尺寸D=1mm 掃描速度V=1000mm/min 搭接寬度為0.5mm ；
(7)鋼軌淬火后探傷:用超聲波探傷設(shè)備對步驟(5)和(6)中淬火后的鋼軌進(jìn)行探傷，要求鋼軌不得有裂紋產(chǎn)生。
[0013]實(shí)施例2
一種鐵路鋼軌激光表面強(qiáng)化工藝，包括以下工藝步驟: