Resumo: Durante o servizo e o uso dos eixes, os danos nos eixes inclúen principalmente o dano por micromovemento pola fricción na parede interna durante o proceso de montaxe, o dano continuo e a peladura despois da erosión e corrosión por sedimentos, os danos por fatiga causados ​​pola carga de flexión rotativa durante a operación e os danos na superficie do eixe durante o proceso de inspección e descarga, o que provocará un fallo superficial no proceso de inspección e descarga. En resposta a estes problemas, seleccionouse o po de aceiro de aliaxe CRRC-SP-13 desenvolvido polo CRRC Research Institute para realizar o tratamento de revestimento con láser no eixe EA1N danado, e formulouse un plan detallado do proceso de revestimento con láser para controlar estrictamente o proceso de reparación do eixo desde tres aspectos: antes do revestimento, durante o revestimento e despois do revestimento. Os resultados mostran que o eixe ten un bo efecto despois tratamento de revestimento con láser, e non se xeran novos defectos como poros e inclusións de escoura. A conclusión exitosa da investigación do proceso de revestimento con láser no eixe EA1N ten unha gran importancia práctica para estender a vida útil do eixe e reducir a taxa de chatarra do eixe.
Palabras chave: eixe EA1N; remanufacturación; revestimento láser; po de aceiro de aliaxe

1 Prólogo

Na actualidade, co vigoroso desenvolvemento da industria nacional de tránsito ferroviario, o equipo de tránsito ferroviario conseguiu basicamente unha produción independente e a grande escala. Non obstante, como a industria do tránsito ferroviario pode lograr un desenvolvemento verde e baixo en carbono é unha nova proposta presentada pola sociedade a todos os traballadores da industria de equipos de tránsito ferroviario. O desenvolvemento verde e de baixa emisión de carbono é un requisito inevitable para que o país constrúa un sistema de fabricación verde, siga o camiño de desenvolvemento da civilización ecolóxica e consiga o "pico de carbono e a neutralidade do carbono", e a "tecnoloxía de remanufacturación e reparación" é unha das formas máis eficaces de conseguir a reciclaxe de recursos. A "tecnoloxía de remanufacturación e reparación" pode estender o ciclo de vida completo dos produtos (fabricación, uso, desguace, remanufacturación, reutilización e desguace), estender a vida útil dos produtos, mellorar o rendemento técnico e o valor engadido do produto e proporcionar información para o deseño, modificación e mantemento do produto. Finalmente, pódese completar o ciclo de vida completo dos produtos co menor custo e co menor consumo de recursos, e maximizar o valor potencial dos produtos, o que ten beneficios económicos e sociais extremadamente elevados. Polo tanto, é urxente levar a cabo un traballo de investigación relevante na industria do tránsito ferroviario e realizar a aplicación en profundidade da "tecnoloxía de remanufacturación e reparación" na industria de fabricación de equipos de tránsito ferroviario canto antes.

Como un dos compoñentes fundamentais dos vehículos de tránsito ferroviario, os eixes requiren moita man de obra e recursos financeiros no seu proceso de produción. Dado que o rendemento dos eixes ten un impacto significativo na seguridade de todo o vehículo, existen requisitos extremadamente estritos para os distintos parámetros dos eixes. Non obstante, durante a instalación e retirada de eixes, é inevitable que se produzan golpes, tensións e outros problemas, o que fai que o número de eixes desguazados sexa elevado durante todo o ano, provocando grandes perdas económicas. A figura 1 é unha imaxe física da retirada e tensión do eixe. Neste momento, se se aplica a "tecnoloxía de reparación de remanufacturación" á reparación de eixes, a taxa de chatarra dos eixes pódese reducir moito. Entre eles, a tecnoloxía de revestimento con láser é unha aplicación típica da "tecnoloxía de reparación de remanufacturación".

A investigación estranxeira sobre a tecnoloxía de reparación de revestimentos con láser de eixes comezou cedo. En 2013, SOODI et al. utilizou aceiro inoxidable 420 comercial e po 17CrMoV5 para reparar os exemplares de eixes con muescas. A proba de fatiga de flexión rotativa confirmou que o po CRMoVe tiña un mellor efecto de reparación. Non obstante, os novos defectos como os poros xerados durante o proceso de reparación provocaron que a dispersión dos resultados experimentais aumentase.

No campo da industria nacional de tránsito ferroviario, moitas filiais de CRRC, como CRRC Sifang Co., Ltd., CRRC Qiji Co., Ltd. e CRRC Shijiazhuang Co., Ltd., realizaron investigacións sobre a aplicación da tecnoloxía de remanufacturación. Qi Xiansheng et al. [7] propuxo a viabilidade da reparación do revestimento con láser dos eixes EA4T. En 2020, Hou Youzhong et al. [8] de Qingdao Sifang Co., Ltd. utilizou aceiro de eixe CRH380A/AL EMU EA4T como matriz e aliaxe NiCrMo como material aditivo, e utilizou o método de proceso de revestimento selectivo con láser para a reparación e a avaliación do proceso. Os resultados mostraron que o efecto de revestimento con láser era bo.

Tendo en conta o feito de que a investigación sobre o proceso de revestimento láser dos eixes EA1N no país e no estranxeiro non é o suficientemente perfecta e o volume anual de chatarra dos eixes EA1N é enorme, este traballo investiga sobre o proceso de revestimento láser dos eixes EA1N, co obxectivo de estender a vida útil dos eixes EA1N e reducir a súa taxa de chatarra.

2 Características e vantaxes da tecnoloxía de reparación de aditivos láser

Jiang Jibin et al. explicou o principio de funcionamento da alimentación en po do revestimento láser. Segundo a integración do cabezal de inxección de po e o cabezal de traballo con láser, o método de alimentación de po divídese en método de alimentación de po coaxial e método de alimentación de po lateral. A reparación de aditivos con láser do eixe debe adoptar o método de alimentación de po coaxial. A figura 2 e a figura 3 son o diagrama de composición do sistema de aditivos láser e o diagrama esquemático de reparación de aditivos láser respectivamente.

As tecnoloxías de reparación principais actuais son a tecnoloxía de reparación de aditivos con láser, a tecnoloxía de reparación de soldadura e a tecnoloxía de reparación de pulverización térmica. En comparación coa tecnoloxía de reparación de soldadura e a tecnoloxía de reparación de pulverización térmica, a tecnoloxía de reparación de aditivos con láser ten as seguintes vantaxes.

(1) Alta densidade de enerxía O raio láser ten as características de alta densidade de enerxía, baixa entrada de calor e pequena zona afectada pola calor, é dicir, o impacto térmico sobre o substrato é pequeno. Debido á alta densidade enerxética e ao curto tempo de quecemento, a tensión residual entre a capa de reparación e o substrato é pequena.

(2) Alta resistencia da capa de reparación A capa de reparación ten unha alta densidade e hai unión metalúrxica entre a capa de reparación e o substrato. A taxa de dilución é baixa e a forza de unión é alta. Pódese usar para reparar pezas en condicións de carga pesada.

(3) Alta flexibilidade de reparación Pode conseguir un revestimento con láser de gran espesor e gran área na superficie da peza de traballo, cumprir os requisitos de reparación de superficies de pezas de eixe de diferentes tamaños e formas e realizar a remanufacturación de "forma case neta" de áreas seleccionadas de pezas defectuosas, cunha pequena asignación de procesamento posterior.

3 Plan de proceso

Este documento toma o eixe da locomotora eléctrica HXD2, mellorado coa tecnoloxía, como exemplo para a verificación. A composición química específica e os principais requisitos de rendemento do aceiro de aliaxe de eixes EA1N móstranse na táboa 1 e na táboa 2, respectivamente.

Para resolver o problema do revestimento con láser do eixe EA1N, seleccionouse o po de aceiro de aliaxe CRRC-SP-13 desenvolvido polo CRRC Research Institute para o revestimento con láser do eixe EA1N. Controláronse os tres aspectos do tratamento de pre-revestimento, proceso de revestimento e post-revestimento. O proceso específico de revestimento con láser de eixes móstrase na Figura 4.

3.1 Preparación antes do revestimento

(1) Tratamento en po En base aos resultados experimentais anteriores, segundo os requisitos de composición e rendemento do aceiro de aliaxe EA1N, seleccionouse un po de aceiro aliado cun tamaño de partícula de 53-150 μm para o revestimento con láser. Antes do revestimento, o po debe ser peneirado cunha peneira en po de malla 80 (apertura duns 178 μm) para garantir que non haxa impurezas e po aglomerado no po, e despois secar nun forno de secado ao baleiro a 80 ℃ durante 30 minutos.

(2) Mecanizado para eliminar defectos Para eliminar os defectos da superficie do asento da roda do eixe, é necesario mecanizar a posición. As operacións de mecanizado deben cumprir os seguintes principios:
1) En base a enquisas anteriores e resultados estatísticos, a profundidade total de corte de mecanizado debe ser maior ou igual ao 95% da profundidade do defecto.
2) Para unha única peza, o asento da roda do eixe despois do mecanizado está garantido sen defectos.
3) Aínda que a morfoloxía do defecto de cada eixe é diferente, todos os eixes dun só modelo deben compartir un conxunto de procedementos de mecanizado. Con base nos principios anteriores, toda a superficie do asento da roda do eixe está uniformemente xirada e o diámetro redúcese en 2 mm. Non se establecen requisitos específicos para a rugosidade de mecanizado.
(3) Tratamento da superficie do eixe Dado que hai contaminantes como o fluído de corte e o aceite antioxidante na superficie do eixe despois do mecanizado, o eixe debe ser oxidado e desengraxado para garantir a calidade da reparación da superficie do revestimento con láser. En primeiro lugar, inspeccione visualmente o eixe que se vai reparar e use unha esmeriladora angular para moer e eliminar as partes oxidadas. Ao mesmo tempo, asegúrese de que o proceso de moenda non cause marcas de moenda demasiado profundas ou que teñan bordos empinados na superficie e non danen as pezas non reparadas. Despois da moenda, mida o diámetro da peza que se vai reparar, e use alcohol para limpar toda a superficie a reparar para eliminar completamente as manchas de aceite residuais. Despois da limpeza, evite volver entrar en contacto coa superficie a reparar para evitar contaminacións secundarias.

3.2 Reparación de revestimentos con láser

(1) Equipos de revestimento con láser e parámetros do proceso En función dos datos acumulados previamente e das características do material do eixe, os parámetros do proceso de revestimento con láser que se verificaron utilízanse para realizar a reparación do revestimento con láser de defectos na superficie do eixe. Cómpre sinalar que, tendo en conta as diferenzas entre o hardware diferente, os parámetros do proceso limítanse ao uso da plataforma experimental dedicada á reparación de aditivos con láser. Os parámetros específicos do equipo e do proceso móstranse na táboa 3.

(2) Planificación do revestimento con láser Tendo en conta que o eixe que se vai reparar é unha superficie cilíndrica simple, como se mostra na Figura 5 (parte vermella), o revestimento con láser planifícase mediante programación manual. A secuencia específica é a seguinte:

1) Comeza o revestimento dende o bordo da zona de reparación do eixo, utilizando a estratexia de revestimento convencional dunha única liña espiral.

2) Despois de reparar o bordo interior da área vermella, realice un revestimento adicional de 1 a 2 círculos para asegurarse de que non se perda ningunha área.

3) Despois de que a parte vermella estea revestida, realice o revestimento de bordos no bordo máis externo do eixe e os bordos a ambos os dous lados da chaveira. Neste momento, a cabeza de revestimento pódese inclinar adecuadamente para garantir que non falte carne durante o mecanizado.
4) Despois de completar o revestimento dunha soa capa, toda a capa de revestimento é pulida cunha esmeriladora angular para eliminar uniformemente as partes irregulares da superficie e restaurar o brillo metálico da superficie. A profundidade de moenda é duns 0.3 mm.
5) Despois de completar o pulido, repítense os 4 pasos anteriores ata completar o revestimento da segunda capa. Neste momento, debe asegurarse de que o diámetro despois do revestimento sexa polo menos 2 mm maior que o diámetro orixinal. Ao revestir a segunda capa, debe asegurarse de que as pistas de revestimento superior e inferior estean escalonadas.

3.3 Tratamento posterior ao revestimento

(1) Tratamento térmico local Despois de completar a reparación do aditivo con láser, o eixe recibe un tratamento térmico local. Tendo en conta os requisitos do escenario de aplicación do mantemento no lugar, baixo a premisa de garantir que a entrada de calor cause o menor dano térmico ao substrato, selecciónase un manguito de calefacción personalizado para realizar o tratamento térmico nun ambiente de aire. A temperatura de calefacción é de 500 ~ 550 ℃ e o tempo de illamento é de 2 ~ 3 h. Durante o proceso de quecemento e arrefriamento, a parte de calefacción está envolta con algodón de illamento térmico para aumentar a velocidade de quecemento e reducir a velocidade de arrefriamento. Durante o proceso de quecemento, utilízase unha cámara de imaxe térmica para controlar a temperatura para garantir que a temperatura de quecemento é precisa.
(2) Probas non destrutivas das partes reparadas da capa de revestimento Para garantir a calidade da reparación da capa de revestimento, de acordo coa norma GB/T 18851.1-2012 "Probas non destrutivas Probas de penetración Parte 1: Principios xerais", utilízanse penetrantes fluorescentes e lámpadas de luz negra para realizar as probas non destrutivas das pezas reparadas. Despois da detección de defectos, o penetrante lávase con auga limpa e as pezas secan rapidamente para evitar a oxidación.
(3) Proba de dureza das partes reparadas da capa de revestimento. A superficie da capa de revestimento está lixeiramente pulida cunha esmeriladora angular para formar un plano brillante de polo menos 1 cm2. A dureza da estrutura do revestimento mídese e arquivase mediante un comprobador de dureza ultrasónico.
(4) Embalaxe para a prevención da ferruxe e a corrosión O eixe reparado límpase e márcase antes do envasado e realízase un tratamento anticorrosión e anticorrosión. Despois envasa e péchase nunha bolsa de plástico neutro resistente e impermeable.

4 Verificación experimental

Tome como exemplo o eixe da locomotora eléctrica HXD2 para a mellora técnica, preparando un conxunto de eixes de proba acabados, o eixe revestimento láser O traballo de preparación realizouse segundo o fluxo do proceso de revestimento con láser do eixo anterior, e completouse o tratamento de po, o mecanizado do asento das rodas para eliminar defectos, a eliminación de ferruxe do eixe e a eliminación de aceite; despois determináronse os parámetros do equipamento e do proceso, e planificouse a ruta do revestimento láser. A figura 6 é unha imaxe física do revestimento láser do eixe. Despois de completar o revestimento con láser do eixe, o eixe foi sometido a un tratamento térmico local, probas non destrutivas das pezas reparadas do revestimento e probas de dureza das pezas reparadas do revestimento. Os resultados mostraron que o efecto de revestimento con láser era bo e non se xeraron novos defectos como poros e inclusións de escoura despois da reparación.

Na actualidade, realizáronse o procesamento de eixes de revestimento con láser, a detección de tensión residual, as probas non destrutivas e as probas de prensa de rodas, que cumpren todos os requisitos estándar correspondentes. A figura 7 e a figura 8 son a imaxe real do eixe despois do revestimento con láser e a imaxe da proba de prensa do conxunto de rodas, respectivamente. Ten un certo efecto na verificación do rendemento dos eixes remanufacturados con revestimento láser e pode evitar de forma eficaz os grandes accidentes de seguridade causados ​​polos eixes reparados despois de que se poñan en uso.

5 Conclusión

Tendo como obxectivo os problemas dos métodos de proceso de revestimento láser de eixes imperfectos e a falta de investigación sobre o proceso de revestimento con láser de eixes EA1N, este traballo selecciona o po de aceiro de aliaxe CRRC-SP-13 desenvolvido polo Instituto de Investigación CRRC para o revestimento con láser de eixes EA1N e controla os tres aspectos do tratamento previo, do proceso de revestimento e posterior ao revestimento. Os resultados mostran que o efecto de revestimento con láser do eixe é moi bo e que non se xeran novos defectos como poros e inclusións de escoura despois da reparación. A investigación sobre o proceso de revestimento con láser de eixes EA1N completouse con éxito. A verificación da aplicación de enxeñería da reparación de eixes está actualmente en curso, e os resultados desta proba tamén proporcionan unha base teórica para o desenvolvemento de procesos posteriores de reparación de eixes.