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      高鐵/地鐵

      激光熔覆為偏遠地區的鋼軌維護提供解決之道

      星之球科技 來源:國際工業激光商情2023-03-15 我要評論(0 )   

      如今,激光技術的應用愈加廣泛,在工業領域除了傳統的材料加工外,激光技術的應用場景也正在逐漸延伸和開拓。來自莫納什大學、澳大利亞核科學和技術組織(ANSTO)的研究...

      如今,激光技術的應用愈加廣泛,在工業領域除了傳統的材料加工外,激光技術的應用場景也正在逐漸延伸和開拓。來自莫納什大學、澳大利亞核科學和技術組織(ANSTO)的研究人員與鐵路技術研究所和Hardchrome Engineering公司的工程師通力合作,開發了一種基于激光的鐵路修復技術。


      在ANSTO的澳大利亞中子散射中心,該團隊使用了Kowari儀器評估這項激光熔覆修復技術。未來,該方法將有望提高鋼軌的使用壽命,減少維護時間和成本。從成本上看,修復鋼軌也優于直接更換。


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      圖1:通過Kowari應變掃描儀顯示出激光熔覆過程中產生的殘余應力


      行業合作伙伴Hardchrome是“ARC linkage”項目的合作伙伴,該公司利用激光熔覆在采礦業的制造和維修方面擁有豐富的經驗和專業知識。然而,重載鐵路維修對制造商提出了新的挑戰,因為無法在工廠對鋼軌進行修復,而需要在澳大利亞內陸的偏遠地區完成修復作業。


      研究團隊的成果發表在專業期刊《材料加工技術》(Materials Processing Technology)上,他們得出結論,先進的激光技術可以在重載軌道上使用,同時可以有效減少修復區域的殘余應力。使用激光熔覆技術,在受損的鋼軌表面用不銹鋼或鈷基合金進行單層或雙層涂覆。


      “激光熔覆可以將這些有益材料沉積到受損區域,但也可以引入或重新分布殘余應力?!蹦{什大學博士生Taposh Roy解釋說。目前,他在墨爾本地鐵列車公司擔任項目工程師。


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      圖 2:研究人員通過在軌頭下方鉆兩個盲孔實現測量


      研究人員使用Kowari應變掃描儀對一段全尺寸鋼軌頭進行掃描,中子散射測量可測出由激光在熔覆沉積過程中產生的熱量殘余應力。作為研究的一部分,該團隊還開發了一種新程序來評估全尺寸熔覆鋼軌厚截面的殘余應力。


      每個測量位置都是由一個坐標測量機指定的,該坐標測量機來自于ScanSS軟件中的Kowari虛擬機。利用Oube掃描軟件對樣品進行掃描,數據在SScanSS軟件中建立樣品和測量位置的局部坐標系,如圖1所示。然后,樣品在Kowari衍射儀上對齊,使用測量參考基準點來推導局部坐標系的位置。因此,每一次測量的量規體積中心都可以精確對準相應的測量位置。


      鋼軌頂部熔覆層厚度約為1.5mm-2mm,遠小于49mm厚的鋼軌。為了在薄熔覆層(約1mm-2mm)和熱影響區內實現高空間分辨率的殘余應力測量,需要較小的測量體積。由于測量尺寸小,通過鋼的路徑長度大,無法使用傳統的安排進行測量。在這項鐵路研究中首次實施了一種替代策略。


      如圖2所示,在軌頭下方鉆兩個盲通道孔以減少繞射中子飛行到探測器。兩個盲孔的中心軸線與頂面相交深度為10mm。在兩個孔的中間進行測量,從而避免了局部應力的干擾。研究人員發現,激光熔覆可顯著降低鋼軌表面和亞表面的殘余應力,該方法似乎優于傳統的基于電弧焊的熔覆方法,后者是當前修復鋼軌磨損損壞的常用技術。 


      “室內的維修試驗結果鼓舞人心,未來我們將進一步探索該技術作為便攜式和機動裝置的應用,以此解決澳大利亞偏遠地區的鐵路維護問題?!盇nna Paradowska教授談到。


      作者:Taposh Roy(墨爾本地鐵列車)、Anna Paradowska(澳大利亞核科學和技術組織)


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