[发明专利]一种铁路钢轨激光表面强化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光表面强化工艺，具体是一种铁路钢轨激光表面强化工艺。

背景技术

钢轨是铁路及城市轨道交通的主要组成部件，它的功能在于引导牵引机车车辆的车轮前进,钢轨承受着车轮的巨大压力，特别是在轨道转弯的弯道上，承受的轮轨压力比在直道上承受的压力、磨擦力以及冲击力更大，车轮与钢轨相互间产生的粘着、蠕滑和压溃、侧磨、波磨、等致使轮轨的磨耗和损伤十分严重。根据调查资料,我国弯道上的钢轨有98%是由于压溃、波磨、侧面磨耗超限而报废的。随着铁路机车车辆的重载与高速化,轮轨间的摩擦磨损也日趋严重,因摩擦磨损所致的事故风险也在增加，且发生较为普遍，为确保行车安全，必须进行定期的钢轨探伤打磨或更换整根钢轨，以便及时消除隐患，避免发生重大行车事故。

钢轨通过轧制成形的在现热处理或轧制后的热处理如中频淬火、在现喷雾淬火及回火后表面硬度通常为HRC30左右，带来耐磨性严重不足，在轨道弯道处产生严重的磨损，在过车频率很高的高铁及城际铁路及地铁磨损尤为严重，严重影响运行效率和运输安全。采用传统的热处理方法难以解决强度、硬度、冲击韧性及抗接触疲劳强度等性能要求的矛盾，如果显著提高钢轨的表面硬度，就会显著降低钢轨的抗弯强度和抗冲击韧性、疲劳强度。因此在保持钢轨整体抗弯强度、冲击韧性、疲劳强度等良好力学性能的同时，通过钢轨表面的强化处理显著提高钢轨的耐磨性能是有效提高钢轨使用寿命的迫切要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁路钢轨激光表面强化工艺，通过对钢轨表面进行激光表面强化处理，在保持钢轨整体强度、韧性、疲劳强度等力学性能不变的条件下显著提高钢轨表面的硬度和耐磨性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铁路钢轨激光表面强化工艺，包括以下工艺步骤：

（1）去除钢轨表面油污或锈迹并抛光；

（2）用超声波探伤法对钢轨进行探伤检验，要求钢轨表面无裂纹、剥落缺陷；

（3）将与粘接剂混合好的SiO₂吸光涂料均匀地预置在钢轨表面，自然风干或风扇吹干，以提高钢轨表面对CO₂激光的吸收率；涂料、稀释剂与粘接剂的配比为：100～150ｇSiO₂＋600～800ｍｌ酒精＋10g漆片，预置厚度为30～50μｍ；

（4）用宽带积分镜技术将圆形光斑转变成尺寸为长×宽＝10ｍｍ×1ｍｍ或30ｍｍ×1ｍｍ矩形光斑进行扫描；

（5）用5000W横流二氧化碳激光器快速扫描钢轨表面，使钢轨表面实现激光表面淬火；其工艺参数如下：

聚焦镜F=250-400mm

淬火功率P=1500-5000W

光斑尺寸D=10-30mm

扫描速度V=200-1500mm/min

搭接宽度为0.5～1mm；

（6）利用高功率5000W横流二氧化碳激光器再次快速扫描钢轨淬火表面，使钢轨淬火表面实现回火处理；其工艺参数如下：

聚焦镜F=250-400mm

淬火功率P=1500-5000W

光斑尺寸D=10-30mm

扫描速度V=1000-5000mm/min

搭接宽度为0.5～1mm；

（7）钢轨淬火后探伤：用超声波探伤设备对步骤（5）和（6）中淬火后的钢轨进行探伤，要求钢轨不得有裂纹产生。

作为本发明进一步的方案：步骤（3）中涂料、稀释剂与粘接剂的配比为：125ｇSiO₂＋700ｍｌ酒精＋10g漆片，预置厚度为40μｍ。

作为本发明进一步的方案：步骤（5）的工艺参数如下：

聚焦镜F=325mm

淬火功率P=3250W

光斑尺寸D=20mm

扫描速度V=850mm/min

搭接宽度为0.8mm。

作为本发明进一步的方案：步骤（6）的工艺参数如下：

聚焦镜F=325mm

淬火功率P=3250W

光斑尺寸D=20mm

扫描速度V=3000mm/min

搭接宽度为0.8mm。