軌道車輛車輪的修復設備、方法及采用的鐵基合金粉末的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種軌道車輛的修復領域，尤其是一種軌道車輛車輪的修復設備、方法及采用的鐵基合金粉末。
【背景技術】
[0002]軌道車輛對車輛的運行速度和承載能力以及安全可靠性起著決定性作用，隨著車輛車速的提高，輪軌間的動力作用增加，輪軌磨耗和滾動接觸疲勞現象隨之加劇。車輪和鋼軌因疲勞、剝離磨損等導致的失效，給高速車輛的安全帶來極大的隱患，甚至發生安全事故。美國的鐵路協會數據庫稱，在每年報廢的上百萬車輪有16%的因磨損而淘汰，36%的車輪經修復后再投入使用。
[0003]以鐵路車輪為例，根據ISO1005/6 —1994，通常鐵路車輪在設計時選擇高強度、高耐磨性、低熱裂敏感性的鋼材。在80年代，車輪一般采用的是鑄鋼件，在生產過程中由于鑄件處存在氣孔或夾雜，質量不穩定，安全有隱患。不斷改進為鍛件，鍛件再經過熱處理組織細化，表面淬火，以提高硬度和耐磨性。國內外通過調整車輪材料的碳含量以及進行微合金化來提高其綜合性，我國列車車輪主要采用CL60鋼。同時，表面處理技術上也出現一些如激光強化，堆焊等工藝。然而，多數情況下車輪在使用一段時間后也容易磨損，甚至出現裂紋。
[0004]現有的修復技術主要是經旋削車輪后采用堆焊的方法。激光熔覆技術可顯著改善金屬表面的耐磨、耐熱、耐蝕、抗氧化等性能。與堆焊、熱噴涂、電鍍等傳統表面處理技術相比，它具有諸多優點，如適用的材料體系廣泛、熔覆層稀釋率可控、熔覆層與基體為冶金結合、基體熱變形小、工藝易于實現自動化、修復后的加工量小等。因此，近年來激光熔覆技術得到了國內外的廣泛重視，并已在航空航天、石油工業、汽車等諸多工業領域獲得應用。
[0005]以激光作為熱源，在基體表面直接熔覆高強度、高耐磨性的金屬材料，可以實現受損車輪的增材制造。激光熔覆是快速凝固方法，具有組織快速冷凝的典型特征，其熱影響區較小、熔覆層與基體呈冶金結合，無明顯微觀缺陷。直接熔化同軸同步輸送于零件表面的合金粉末(激光熔覆)和快速凝固，從而獲得成分、組織及性能完全不同于零件基材并優于基材的快速凝固非平衡組織。修復后的車輪微觀組織細小、致密，熔覆層與基材結合好，無氣孔、微觀裂紋、夾雜等缺陷，使用性能達到或超過新品的使用性能。激光修復受損鐵路車輪作為一種新興的再制造技術，蘊含著材料、能源和加工附加值，減小了更換新車輪的費用，產生巨大的經濟效益。
[0006]在鐵路車輪的激光修復方面，國內相關標準和專利較少。其中，CN104878380A公開了一種礦車輪對基體材質為ZG45的激光熔覆再制造及強化方法;CN 101181858A涉及一種采用鎳基合金對車輪裂紋的激光修復方法。國內對CL60鍛造車輪的激光修復材料和工藝還末見相關專利。選擇合適的合金粉末和優化工藝參數可以使得車輪表面的熔覆層耐磨性能優于基體，從而大大提高車輪的服役壽命，減少車輪的更換頻率。國外對修復用粉末材料做了一些嘗試，如鋼材，鎳基合金，鈷鉻合金等。采用激光修復鐵路車輪的工藝在國外已經得到工程應用。我國在使用的車輪超過300百萬件，修復再制造帶來可觀的經濟效益。針對 CL60鍛造車輪的服役條件配置的修復材料和修復工藝是亟待解決的問題。

【發明內容】

[0007]本發明的目的在于針對CL60鍛造車輪提供一種修復用金屬粉末、修復設備及修復方法，以延長車輪使用壽命、減少車輪的更換頻率。
[0008]為了達到上述目的，本發明提供了一種鐵基合金粉末，用于修復軌道車輛車輪，所述車輪為CL60車輪，所述鐵基合金粉末由如下按重量百分比分配的修復材料組成:鐵:75?85，鉻:10?20，硅:0?2，鎳:0.5?5，磷:0?0.05，硫:0?0.05，碳:0?0.6。
[0009]進一步地，所述鐵基合金粉末由如下按重量百分比分配的修復材料組成:鐵:80，鉻:18，硅:I，鎳:0.55，磷:0.02，硫:0.03，碳:0.4。
[0010]本發明還提供了一種軌道車輛車輪的修復設備，采用所述的鐵基合金粉末修復車輪，且包括:
[0011]支撐模塊和第一電機，分別用于支撐車輪和用于驅動車輪旋轉；
[0012]激光修復模塊，包括機器人、激光頭、激光器和送粉單元，所述激光頭分別與激光器、送粉單元和機器人連接；
[0013]切削加工模塊，包括機械手臂、夾持刀架和刀具，所述刀具通過夾持刀架固定在機械手臂上；
[OOM] PLC控制單元、三維掃描儀和計算機，所述PLC控制單元分別與所述計算機、激光器、送粉單元、機器人、機械手臂和第一電機連接，所述三維掃描儀與計算機連接；
[0015]其中，所述計算機通過三維掃描儀獲取所述車輪的待修復區域的信息，并與參考輪子模型比對且處理生成修復運動參數，所述PLC控制單元根據該修復運動參數控制第一電機帶動車輪旋轉和控制機器人帶動激光頭對車輪進行修復，通過所述激光器為激光頭提供能源，通過所述送粉單元提供所述鐵基合金粉末，所述計算機還通過三維掃描儀獲取經激光修復后該車輪的信息，并與參考輪子模型比對且處理生成切削運動參數，所述PLC控制單元根據該切削運動參數控制第一電機帶動車輪旋轉和控制切削加工模塊對車輪切削，以切削成與參考輪子模型相同的車輪。
[0016]進一步地，所述支撐模塊包括支撐單元、工作臺和導軌，所述車輪為具有軸和兩個輪子的輪對結構，所述軸架設在支撐單元上且輪子懸設在工作臺上方，所述支撐單元固定在工作臺上，所述工作臺與導軌滑動連接，所述修復設備還包括第二電機，所述PLC控制單元和第二電機連接，通過所述第二電機驅動工作臺在導軌上滑動對輪對結構中的兩個輪子完成修復操作。
[0017]進一步地，所述支撐單元包括支撐架、輔助軸箱和輔助軸承，所述支撐架與輔助軸箱可拆卸連接，所述輔助軸承與輔助軸箱可拆卸連接。
[0018]進一步地，所述支撐架為V型支撐架或U型支撐架，所述機器人為六軸機器人，所述激光器為光纖激光器或半導體激光器。
[0019]進一步地，所述激光器的激光功率為1000?6000W，所述激光頭的掃描速度為3?30mm/s，所述激光頭的離焦量為10?14mm，多道熔覆中相鄰兩道熔覆寬度的搭接率為45%?50%，所述送粉單元的送粉量為10?250g/min，所述送粉單元的送粉氣流的流速為5?20g/min，所述惰性氣體輸送單元用于在所述激光修復模塊進行激光修復時為修復區域提供惰性氣體保護，所述惰性氣體輸送單元送出的保護氣流的流速為5?20g/min。
[0020]進一步地，還包括用于打磨待修復的車輪表面的打磨設備和用于清洗打磨后的車輪表面的清洗設備。
[0021]本發明還提供了一種軌道車輛車輪的修復方法，應用在所述的修復設備上，包括:
[0022]將所述車輪架設在支撐模塊上；
[0023]通過所述三維掃描儀對車輪的待修復區域進行掃描，