Laburpena: Ardatzen zerbitzuan eta erabileran zehar, ardatzei eragindako kalteen artean, batez ere barneko horman muntaketa prozesuan zehar gertatzen den marruskadura mikromugimenduaren kaltea, sedimentuen higadura eta korrosioaren ondoren etengabeko kaltea eta zuritzea, funtzionamenduan zehar biraketa-tolestura kargak eragindako nekearen kaltea eta ardatzaren gainazaleko kaltea ikuskapen eta deskargatze prozesuan zehar, ardatza gainazaleko hausturaren ondorioz txatarra izatea eragingo duena. Arazo horiei erantzunez, CRRC Ikerketa Institutuak garatutako CRRC-SP-13 altzairu aleazio hautsa hautatu zen EA1N ardatz kaltetuan laser estaldura tratamendua egiteko, eta laser estaldura prozesu plan zehatz bat formulatu zen ardatzaren konponketa prozesua hiru alderditatik zorrotz kontrolatzeko: estaldura aurretik, estaldura bitartean eta estaldura ondoren. Emaitzek erakusten dute ardatzak eragin ona duela ondoren... laser estaldura tratamendua, eta ez da akats berririk sortzen, hala nola poro eta zepa inklusioak. EA1N ardatzean laser estaldura prozesuaren ikerketa arrakastaz amaitzeak garrantzi praktiko handia du ardatzaren bizitza erabilgarria luzatzeko eta ardatzaren hondakin-tasa murrizteko.
Gako-hitzak: EA1N ardatza; birmanufaktura; laser estaldura; altzairuzko aleazio hautsa

1 hitzaurrea

Gaur egun, barneko trenbide-garraio industriaren garapen indartsuarekin, trenbide-garraio ekipamenduek funtsean ekoizpen independentea eta eskala handikoa lortu dute. Hala ere, trenbide-garraio industriak garapen berde eta karbono gutxikoa nola lor dezakeen gizarteak trenbide-garraio ekipamenduen industriako langile guztiei aurkeztutako proposamen berria da. Garapen berde eta karbono gutxikoa ezinbesteko baldintza da herrialdearentzat fabrikazio-sistema berde bat eraikitzeko, zibilizazio ekologikoaren garapen-bidea jarraitzeko eta "karbono-punta eta karbono-neutralitatea" lortzeko, eta "berrefabrikazio eta konponketa teknologia" baliabideen birziklapena lortzeko modurik eraginkorrenetako bat da. "Berrefabrikazio eta konponketa teknologiak" produktuen bizi-ziklo osoa luzatu dezake (fabrikazioa, erabilera, txatarra, berrefabrikazioa, berrerabilpena eta txatarra), produktuen zerbitzu-bizitza luzatu, produktuen errendimendu teknikoa eta balio erantsia hobetu eta produktuen diseinurako, aldaketarako eta mantentze-lanetarako informazioa eman. Azkenik, produktuen bizi-ziklo osoa kostu txikienean eta baliabideen kontsumo txikienarekin osa daiteke, eta produktuen balio potentziala maximizatu daiteke, eta horrek onura ekonomiko eta sozial oso handiak ditu. Beraz, premiazkoa da trenbide-garraioaren industrian ikerketa-lan garrantzitsuak egitea eta ahalik eta azkarren "berrefabrikazio eta konponketa teknologia" sakonki aplikatzea trenbide-garraioko ekipamenduen fabrikazio-industrian.

Trenbide-garraioko ibilgailuen osagai nagusietako bat izanik, ardatzek giza baliabide eta finantza-baliabide asko behar dituzte ekoizpen-prozesuan. Ardatzen errendimenduak ibilgailu osoaren segurtasunean eragin handia duenez, ardatzen parametro desberdinetarako eskakizun oso zorrotzak daude. Hala ere, ardatzak instalatu eta kentzean, saihestezina da kolpeak, deformazioak eta bestelako arazoak gertatzea, eta horrek urte osoan zehar desegin diren ardatzen kopurua handia izatea eragiten du, galera ekonomiko handiak eraginez. 1. irudia ardatzen erretiratzearen eta deformazioaren irudi fisikoa da. Une honetan, "berremanufaktura bidezko konponketa-teknologia" ardatzen konponketan aplikatzen bada, ardatzen desegite-tasa asko murriztu daiteke. Horien artean, laser bidezko estaldura-teknologia "berremanufaktura bidezko konponketa-teknologiaren" aplikazio tipikoa da.

Ardatzen laser bidezko estaldura konpontzeko teknologiari buruzko atzerriko ikerketak goiz hasi ziren. 2013an, SOODI et al.-ek 420 altzairu herdoilgaitz komertziala eta 17CrMoV5 hautsa erabili zituzten ardatz-lagin koskadunak konpontzeko. Biraketa-flexioaren nekearen probak baieztatu zuen CRMoVe hautsak konponketa-efektu hobea zuela. Hala ere, konponketa-prozesuan sortutako akats berriek, hala nola poroek, esperimentu-emaitzen sakabanaketa handitu zuten.

Trenbide-garraioaren industria nazionalean, CRRCren filial askok, hala nola CRRC Sifang Co., Ltd., CRRC Qiji Co., Ltd. eta CRRC Shijiazhuang Co., Ltd., birmanufaktura-teknologiaren aplikazioari buruzko ikerketak egin dituzte. Qi Xiansheng et al.-ek [7] EA4T ardatzen laser bidezko estaldura konpontzeko bideragarritasuna proposatu zuten. 2020an, Qingdao Sifang Co., Ltd.-ko Hou Youzhong et al.-ek [8] CRH380A/AL EMU EA4T ardatz-altzairua erabili zuten matrize gisa eta NiCrMo aleazioa gehigarri-material gisa, eta laser bidezko estaldura selektiboa erabili zuten konponketarako eta prozesuaren ebaluaziorako. Emaitzek erakutsi zuten laser bidezko estalduraren efektua ona zela.

EA1N ardatzen laser estaldura prozesuari buruzko ikerketa, bai etxean bai atzerrian, ez dela nahikoa perfektua, eta EA1N ardatzen urteko hondakin-bolumena izugarria dela kontuan hartuta, artikulu honek EA1N ardatzen laser estaldura prozesuari buruzko ikerketa egiten du, EA1N ardatzen bizitza erabilgarria luzatzeko eta hondakin-tasa murrizteko helburuarekin.

2 Laser bidezko gehigarrien konponketa teknologiaren ezaugarriak eta abantailak

Jiang Jibinek eta beste batzuek laser estalduraren hauts-elikaduraren funtzionamendu-printzipioa azaldu zuten. Hauts-injekzio-buruaren eta laser-lan-buruaren integrazioaren arabera, hauts-elikadura metodoa hauts-elikadura koaxialean eta hauts-elikadura lateralean banatzen da. Ardatzaren laser-gehigarrien konponketak hauts-elikadura koaxialean erabili behar du. 2. eta 3. irudiak laser-gehigarrien sistemaren osaera-diagrama eta laser-gehigarrien konponketaren eskema-diagrama dira, hurrenez hurren.

Gaur egungo konponketa-teknologia nagusiak laser bidezko gehigarrien konponketa-teknologia, soldadura bidezko konponketa-teknologia eta ihinztadura termiko bidezko konponketa-teknologia dira. Soldadura bidezko konponketa-teknologiarekin eta ihinztadura termiko bidezko konponketa-teknologiarekin alderatuta, laser bidezko gehigarrien konponketa-teknologiak abantaila hauek ditu.

(1) Energia-dentsitate handia Laser izpiak energia-dentsitate handiko, bero-sarrera txikiko eta beroak eragindako eremu txikiko ezaugarriak ditu, hau da, substratuan duen eragin termikoa txikia da. Energia-dentsitate handia eta berotze-denbora laburra direla eta, konponketa-geruzaren eta substratuaren arteko hondar-tentsioa txikia da.

(2) Konponketa geruzaren erresistentzia handia Konponketa geruzak dentsitate handia du, eta lotura metalurgikoa dago konponketa geruzaren eta substratuaren artean. Diluzio-tasa baxua da eta lotura-erresistentzia handia. Karga-baldintza handietan piezak konpontzeko erabil daiteke.

(3) Konponketa-malgutasun handia Piezaren gainazalean lodiera handiko eta azalera handiko laser estaldura lor dezake, tamaina eta forma desberdineko ardatz-piezen gainazaleko konponketa-eskakizunak bete ditzake, eta akastun diren piezen hautatutako eremuen "ia forma garbiko" birfabrikazioa egin dezake, ondorengo prozesatzeko baimen txikiarekin.

3 Prozesu plana

Artikulu honek HXD2 lokomotora elektrikoaren ardatz hobetua hartzen du egiaztapenerako adibide gisa. EA1N ardatzaren aleazio-altzairuaren konposizio kimiko espezifikoa eta errendimendu-eskakizun nagusiak 1. eta 2. taulan ageri dira, hurrenez hurren.

EA1N ardatzaren laser estaldura arazoa konpontzeko, CRRC Ikerketa Institutuak garatutako CRRC-SP-13 altzairu aleazio hautsa aukeratu zen EA1N ardatzaren laser estaldura egiteko. Aurre-estaldura, estaldura prozesu eta estaldura osteko tratamenduaren hiru alderdiak kontrolatu ziren. Ardatzaren laser estaldura prozesu espezifikoa 4. irudian ageri da.

3.1 Estaldura aurretik prestatzea

(1) Hautsaren tratamendua Aurreko esperimentu-emaitzetan oinarrituta, EA1N aleazio-altzairuaren osaera eta errendimendu-eskakizunen arabera, 53-150 μm-ko partikula-tamaina duen aleazio-altzairu-hautsa hautatu zen laser bidezko estaldurarako. Estaldura egin aurretik, hautsa 80 sareko hauts-bahe batekin bahetu behar da (178 μm inguruko irekidurarekin), hautsean ezpurutasunik eta hauts aglomeraturik ez dagoela ziurtatzeko, eta ondoren, hutsean lehortzeko labean lehortu behar da 80 ℃-tan 30 minutuz.

(2) Akatsak kentzeko mekanizazioa Ardatzaren gurpilaren eserlekuaren gainazaleko akatsak kentzeko, posizioa mekanizatu behar da. Mekanizazio eragiketek printzipio hauek bete behar dituzte:
1) Aurreko inkesten eta emaitza estatistikoen arabera, mekanizazio-ebaketa sakonera osoa akatsaren sakoneraren % 95 edo handiagoa izan beharko litzateke.
2) Pieza bakar baten kasuan, ardatzaren gurpil-eserlekua mekanizatu ondoren akatsik gabe egongo dela bermatzen da.
3) Ardatz bakoitzaren akatsen morfologia desberdina den arren, modelo bereko ardatz guztiek mekanizazio-prozedura multzo bat partekatu beharko lukete. Goiko printzipioetan oinarrituta, ardatzaren gurpil-eserlekuaren gainazal osoa uniformeki biratzen da eta diametroa 2 mm murrizten da. Ez da mekanizazio-zimurtasunari buruzko baldintza espezifikorik ezartzen.
(3) Ardatzaren gainazalaren tratamendua Mekanizatu ondoren ardatzaren gainazalean ebaketa-fluidoa eta herdoilaren aurkako olioa bezalako kutsatzaileak daudenez, ardatza herdoildu eta koipegabetu egin behar da laser estalduraren gainazalaren konponketaren kalitatea bermatzeko. Lehenik eta behin, konpondu beharreko ardatza ikuskatu behar da bisualki, eta erabili angelu-artezgailu bat herdoildutako piezak ehotzeko eta kentzeko. Aldi berean, ziurtatu ehotze-prozesuak ez duela ehotze-marka sakonegirik edo ertz malkartsurik sortzen gainazalean, eta ez duela konpondu gabeko piezak kaltetzen. Ehotu ondoren, neurtu konpondu beharreko piezaren diametroa, eta erabili alkohola konpondu beharreko gainazal osoa garbitzeko hondar-olio orbanak guztiz kentzeko. Garbitu ondoren, saihestu konpondu beharreko gainazalarekin berriro kontaktua izatea bigarren mailako kutsadura saihesteko.

3.2 Laser estalduraren konponketa

(1) Laser estaldura ekipamendua eta prozesu parametroak Aurretik pilatutako datuetan eta ardatz materialaren ezaugarrietan oinarrituta, egiaztatu diren laser estaldura prozesu parametroak erabili dira ardatz gainazaleko akatsak laser estaldura konpontzeko. Kontuan izan behar da, hardware desberdinen arteko desberdintasunak kontuan hartuta, prozesu parametroak laser gehigarrien konponketarako plataforma esperimental dedikatuaren erabilerara mugatzen direla. Ekipamendu eta prozesu parametro espezifikoak 3. taulan ageri dira.

(2) Laser estalduraren ibilbidearen plangintza Konpondu beharreko ardatza gainazal zilindriko sinple bat dela kontuan hartuta, 5. irudian (zati gorria) erakusten den bezala, laser estalduraren bidea eskuzko programazioa erabiliz planifikatzen da. Sekuentzia zehatza honako hau da:

1) Hasi estaldura ardatzaren konponketa-eremuaren ertzetik, ohiko estaldura-estrategia erabiliz, lerro espiral bakarra erabiliz.

2) Eremu gorriaren barneko ertza konpondu ondoren, estali zirkulu 1 edo 2 gehiago, eremu bakar bat ere ez galtzeko.

3) Zati gorria estali ondoren, egin ertz-estaldura ardatzaren kanpoko ertzean eta giltza-zuloaren bi aldeetako ertzetan. Une horretan, estaldura-burua behar bezala okertu daiteke mekanizazioan haragirik falta ez dadin.
4) Geruza bakarreko estaldura amaitu ondoren, estaldura-geruza osoa angelu-esferarekin leundu egiten da gainazaleko zati irregularrak uniformeki kentzeko eta gainazalaren metal-distira berreskuratzeko. Artezteko sakonera 0.3 mm ingurukoa da.
5) Leuntzea amaitu ondoren, aurreko 4 urratsak errepikatzen dira bigarren geruzaren estaldura amaitu arte. Une horretan, ziurtatu behar da estalduraren ondorengo diametroa jatorrizko diametroa baino gutxienez 2 mm handiagoa dela. Bigarren geruza estaltzerakoan, ziurtatu behar da goiko eta beheko estaldura-errailak mailakatuta daudela.

3.3 Estalduraren ondorengo tratamendua

(1) Tokiko tratamendu termikoa Laser gehigarrien konponketa amaitu ondoren, ardatza tokiko tratamendu termikoa jasotzen da. Mantentze-lanen aplikazio-eszenatokiaren eskakizunak kontuan hartuta, bero-sarrerak substratuari kalte termiko gutxien eragiten diola ziurtatzeko premisarekin, berogailu-zorro pertsonalizatu bat hautatzen da aire-ingurune batean tratamendu termikoa egiteko. Berogailu-tenperatura 500~550 ℃-koa da, eta isolamendu-denbora 2~3 ordukoa. Berokuntza eta hozte-prozesuan zehar, berogailu-zatia kotoizko isolamendu termikoz biltzen da berokuntza-abiadura handitzeko eta hozte-abiadura murrizteko. Berokuntza-prozesuan zehar, irudi termiko bat erabiltzen da tenperatura kontrolatzeko, berokuntza-tenperatura zehatza dela ziurtatzeko.
(2) Estaldura geruzaren konpondutako piezen proba ez-suntsitzaileak Estaldura geruzaren konponketaren kalitatea bermatzeko, GB/T 18851.1-2012 "Proba ez-suntsitzaileak Sartzaileen probak 1. zatia: Printzipio orokorrak" arauaren arabera, sartzaile fluoreszenteak eta argi beltzeko lanparak erabiltzen dira konpondutako piezen proba ez-suntsitzaileak egiteko. Akatsa detektatu ondoren, sartzailea ur garbiarekin garbitzen da, eta piezak azkar lehortzen dira herdoila saihesteko.
(3) Estaldura geruzaren konpondutako piezen gogortasun proba Estaldura geruzaren gainazala arinki leuntzen da angelu-esferarekin, gutxienez 1 cm2-ko plano distiratsu bat osatzeko. Estaldura-egituraren gogortasuna neurtu eta limatzen da ultrasoinuzko gogortasun-probatzaile bat erabiliz.
(4) Herdoila eta korrosioa prebenitzeko ontziratzea Konpondutako ardatza garbitu eta markatu egiten da ontziratu aurretik, eta herdoilaren eta korrosioaren aurkako tratamendua egiten zaio. Ondoren, ontziratu eta plastikozko poltsa neutro sendo, iragazgaitz batean zigilatzen da.

4 Egiaztapen esperimentala

Hartu adibide gisa HXD2 lokomotora elektrikoaren ardatza hobekuntza teknikorako, amaitutako proba-ardatz multzo bat prestatuz, ardatza laser estaldura Prestaketa lana goian aipatutako ardatzaren laser bidezko estaldura prozesu-fluxuaren arabera egin zen, eta hauts-tratamendua, gurpilen eserlekuen mekanizazioa akatsak kentzeko, ardatzaren herdoila kentzea eta olioa kentzea burutu ziren; ondoren, ekipamendua eta prozesuaren parametroak zehaztu ziren, eta laser bidezko estalduraren bidea planifikatu zen. 6. irudia ardatzaren laser bidezko estalduraren irudi fisikoa da. Ardatzaren laser bidezko estaldura amaitu ondoren, ardatza tokiko tratamendu termikora, konpondutako estalduraren piezen proba ez-suntsitzaileak eta konpondutako estalduraren piezen gogortasun-probak jasan ziren. Emaitzek erakutsi zuten laser bidezko estalduraren efektua ona zela, eta konponketaren ondoren ez zela akats berririk sortu, hala nola poroak eta zepa inklusioak.

Gaur egun, laser bidezko estaldura ardatzen prozesamendua, hondar-tentsioaren detekzioa, suntsipenik gabeko probak eta gurpil-multzoen prentsa-probak egin dira, eta guztiek betetzen dituzte dagokien estandar-eskakizunak. 7. eta 8. irudiak ardatzaren benetako irudia dira, laser bidezko estalduraren ondoren eta gurpil-multzoen prentsa-probaren irudia, hurrenez hurren. Nolabaiteko eragin du laser bidezko estalduraz berreraikitako ardatzen errendimendua egiaztatzen, eta konpondutako ardatzek eragindako segurtasun-istripu larriak eraginkortasunez saihestu ditzake erabiltzen hasi ondoren.

5 Ondorioa

Ardatzen laser estaldura prozesuen metodo inperfektuen arazoei eta EA1N ardatzen laser estaldura prozesuari buruzko ikerketa faltari aurre eginez, artikulu honek CRRC Ikerketa Institutuak garatutako CRRC-SP-13 altzairu aleazio hautsa hautatzen du EA1N ardatzen laser estaldurarako, eta aurre-estaldura, estaldura prozesu eta estaldura osteko tratamenduaren hiru alderdiak kontrolatzen ditu. Emaitzek erakusten dute ardatzen laser estaldura efektua oso ona dela, eta ez dela akats berririk sortzen konponketaren ondoren, hala nola poroak eta zepa inklusioak. EA1N ardatzen laser estaldura prozesuari buruzko ikerketa arrakastaz burutu da. Ardatzen konponketaren ingeniaritza aplikazioaren egiaztapena martxan dago, eta proba honen emaitzek oinarri teorikoa ere eskaintzen dute ondorengo ardatzen konponketa prozesuak garatzeko.