[发明专利]基于nLSP技术的高铁铁轨的强化、缺陷检测和修复系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及高铁铁轨的维护领域，具体涉及一种基于nLSP技术的高铁铁轨的强化、缺陷检测和修复系统。

背景技术

由于高速铁路在综合交通运输体系中的作用持续增强，全社会人流、物流周转明显加快，成本有效降低，为改善企业经营效益、提高经济发展质量发挥了重要作用。近年来，我国大力支持铁路重大项目建设，截止2014年年底，我国高铁营业里程就已突破1.6万公里，居世界第一，现在仍在大力建设当中。

但是，在高铁的高速运行过程中，由于循环载荷和温度载荷的作用，铁轨将会逐渐产生各种缺陷，如裂纹，刮伤，表面凹陷等，如果对这些缺陷置之不理，或者说对于缺陷的检测和修复等工作不到位，对于高速运行的列车来说，将造成不可估量的损失。

目前主要通过两种渠道解决这个问题。1）在铁轨出厂前对铁轨的表面进行喷丸，氮化等工艺，在表面形成压应力，提升强度，但是，这也仅仅只能延缓疲劳破坏的产生，因为在循环载荷和温度载荷的作用下，前面形成的位错会逐渐偏移，导致表面残余压应力降低甚至消失，最终产生疲劳破坏；2)为了保证高铁的安全运营，夜间所有高铁停运，对各类设备进行检修，其中对线路进行检查维修是维护工作中非常重要的一环，主要涉及对铁轨的缺陷的检测和修复，但是，由于修复技术的限制，往往需对整段铁轨进行更换，造成大量的浪费,同时也浪费了大量的人力和时间。因此，寻求一种能在强化过程中提升强化效果和稳定性，在检测和修复过程中提升修复精度和可靠性的技术显得至关重要。

nLSP技术是一种将纳米复合材料增材制造和激光冲击强化（LSP)复合的技术。先通过增材制造技术将纳米复合材料沉积到目标表面，然后再用激光冲击强化工艺对新形成的表面进行冲击强化，形成表面压应力。由于纳米材料可将位错固定，避免了在循环载荷和温度载荷下因位错发生移动和攀移而产生应力松弛，保证了残余应力的稳定，提升了制品的抗高温蠕变性，耐磨性，耐腐蚀性，从而显著提升制品的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于nLSP技术的高铁铁轨的强化、缺陷检测和修复系统，旨在用于解决现有的高铁铁轨强化过程后易发生应力松弛，以及修复过程中的修复时间较长，修复精度不高，过程繁琐，人力物力财力浪费严重等的问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种基于nLSP技术的高铁铁轨的强化、缺陷检测和修复系统，其特征在于，包括：铁轨无损检测系统，用于获取铁轨的缺陷位置数据；光纤激光器，用于发射激光对铁轨表面进行强化、对缺陷位置进行预处理以及对最终的铁轨表面进行精加工；实时检测系统，用于获取铁轨的三维形貌特征；等离子体喷射模块，用于将纳米复合材料喷射到需强化的铁轨表面；激光直接沉积模块，用于将纳米复合材料沉积到缺陷位置；激光强化模块，用于向铁轨表面的纳米复合材料涂层上方喷射液体以强化激光冲击的效果；以及控制系统，连接所述铁轨无损检测系统、所述光纤激光器、所述实时检测系统、所述等离子体喷射模块、所述激光直接沉积模块、所述激光强化模块，用于控制协调整个系统工作；还包括巡检小车，用来放置所述铁轨无损检测系统、所述光纤激光器、所述实时检测系统、所述等离子体喷射模块、所述激光直接沉积模块、所述激光强化模块以及所述控制系统。

进一步地，所述光纤激光器、所述实时检测系统、所述等离子体喷射模块、所述激光直接沉积模块、所述激光强化模块安装于同一个承载结构，所述承载结构置于所述巡检小车上。

进一步地，所述巡检小车上具有连通左右两侧的轨道，供所述承载结构沿所述轨道左右移动。

进一步地，所述巡检小车的两侧各有一套铁轨无损检测系统，分别对应高铁的两根铁轨。

进一步地，所述巡检小车上设有辅助夹持结构。

进一步地，所述等离子体喷射模块所喷射的材料和所述激光直接沉积模块所沉积的材料均为0D-2D纳米复合材料。

进一步地，所述等离子体喷射模块采用等离子体喷射技术，且具有能够同时喷射的多个喷头。

进一步地，所述激光强化模块中具有一液体喷射装置，所述液体喷射装置中的液体采用H₂O₂或者异丙醇。

本发明还提供一种基于nLSP技术的高铁铁轨的强化方法，其特征在于，采用上述任一项所述的系统，包括以下步骤：

（1）所述巡检小车以一定的速度沿着铁轨前进，同时所述等离子体喷射模块采用等离子体喷射的方法将纳米复合材料喷射到铁轨表面；

（2）所述激光强化模块在涂层上方喷一层液体，该液体为H₂O₂或者异丙醇；