Sažetak: Tijekom servisiranja i korištenja osovina, oštećenja osovina uglavnom uključuju oštećenje unutarnje stijenke uslijed trenja zbog mikrokretanja tijekom procesa montaže, kontinuirano oštećenje i ljuštenje nakon erozije i korozije sedimentom, oštećenje uslijed zamora uzrokovano rotiranjem opterećenje na savijanje tijekom rada i oštećenje površine osovine tijekom pregleda i procesa istovara, što će uzrokovati rashod osovine zbog površinskog kvara. Kao odgovor na ove probleme, prah od legiranog čelika CRRC-SP-13 koji je razvio CRRC Research Institute odabran je za izvođenje tretmana laserske obloge na oštećenoj EA1N osovini, a detaljan plan procesa laserske obloge formuliran je kako bi se strogo kontrolirao proces popravka osovine od tri aspekta: prije oblaganja, tijekom oblaganja i nakon oblaganja. Rezultati pokazuju da osovina ima dobar učinak nakon laserski tretman obloga, i ne stvaraju se novi nedostaci kao što su pore i uključci troske. Uspješan završetak istraživanja procesa laserske obloge na osovini EA1N ima veliki praktični značaj za produljenje životnog vijeka osovine i smanjenje stope otpada osovine.
Ključne riječi: osovina EA1N; ponovna proizvodnja; lasersko oblaganje; prah legiranog čelika

1 Predgovor

Trenutačno, sa snažnim razvojem domaće željezničke tranzitne industrije, oprema za željeznički tranzit je u osnovi postigla neovisnu i veliku proizvodnju. Međutim, kako industrija željezničkog prijevoza može postići zeleni i niskougljični razvoj novi je prijedlog koji je društvo iznijelo svim radnicima u industriji opreme za željeznički prijevoz. Zeleni i niskougljični razvoj neizbježan je uvjet za zemlju da izgradi sustav zelene proizvodnje, slijedi razvojni put ekološke civilizacije i postigne "vrhunac ugljika i ugljičnu neutralnost", a "tehnologija ponovne proizvodnje i popravka" jedna je od najvažnijih učinkovite načine za postizanje recikliranja resursa. "Tehnologija ponovne proizvodnje i popravka" može produžiti puni lanac životnog ciklusa proizvoda (proizvodnja, uporaba, rashodovanje, ponovna proizvodnja, ponovna uporaba i rashodovanje), produžiti životni vijek proizvoda, poboljšati tehničku izvedbu proizvoda i dodanu vrijednost te pružiti informacije za proizvod dizajn, modifikacija i održavanje. Konačno, puni životni ciklus proizvoda može se dovršiti uz najniže troškove i uz najmanju potrošnju resursa, a potencijalna vrijednost proizvoda može se maksimizirati, što ima iznimno velike ekonomske i društvene koristi. Stoga je hitno potrebno provesti relevantan istraživački rad u industriji željezničkog prijevoza i realizirati dubinsku primjenu „tehnologije prerade i popravka” u industriji proizvodnje opreme za željeznički prijevoz što je prije moguće.

Kao jedna od ključnih komponenti željezničkih tranzitnih vozila, osovine zahtijevaju puno radne snage i financijskih resursa u procesu proizvodnje. Budući da performanse osovina imaju značajan utjecaj na sigurnost cijelog vozila, postoje izuzetno strogi zahtjevi za različite parametre osovina. Međutim, tijekom ugradnje i demontaže osovina neizbježno je da će se pojaviti udarci, naprezanja i drugi problemi, što čini broj rashodovanih osovina velikim tijekom cijele godine, što uzrokuje velike ekonomske gubitke. Slika 1 je fizička slika povlačenja i naprezanja osovine. U ovom trenutku, ako se na popravak osovina primijeni "tehnologija popravka ponovnom proizvodnjom", stopa otpada osovina može se znatno smanjiti. Među njima, tehnologija laserskog oblaganja tipična je primjena "tehnologije popravaka ponovne proizvodnje".

Strano istraživanje tehnologije popravka laserskih obloga osovina počelo je rano. Godine 2013. SOODI i sur. koristio je komercijalni nehrđajući čelik 420 i prah 17CrMoV5 za popravak uzoraka osovine s urezima. Ispitivanje zamora rotacijskim savijanjem potvrdilo je da je CRMoVe prah imao bolji učinak popravka. Međutim, novi nedostaci poput pora nastalih tijekom procesa popravka uzrokovali su povećanje disperzije eksperimentalnih rezultata.

U području industrije domaćeg željezničkog prijevoza, mnoge podružnice CRRC-a, kao što su CRRC Sifang Co., Ltd., CRRC Qiji Co., Ltd. i CRRC Shijiazhuang Co., Ltd., provele su istraživanje o primjeni ponovne proizvodnje tehnologija. Qi Xiansheng i sur. [7] predložio je izvedivost laserskog popravka obloga EA4T osovina. Godine 2020. Hou Youzhong i sur. [8] tvrtke Qingdao Sifang Co., Ltd. koristio je osovinski čelik CRH380A/AL EMU EA4T kao matricu i NiCrMo leguru kao dodatni materijal, a koristio je selektivnu metodu laserskog oblaganja za popravak i procjenu procesa. Rezultati su pokazali da je učinak laserskog oblaganja bio dobar.

S obzirom na činjenicu da istraživanje procesa laserskog oblaganja EA1N osovina u zemlji i inozemstvu nije dovoljno savršeno, a godišnji volumen otpada EA1N osovina je ogroman, ovaj rad provodi istraživanje procesa laserskog oblaganja EA1N osovina, s ciljem za produljenje životnog vijeka EA1N osovina i smanjenje njihove stope otpada.

2 Karakteristike i prednosti tehnologije laserskih aditivnih popravka

Jiang Jibin i sur. objasnio je princip rada laserskog presvlačenja za hranjenje prahom. Prema integraciji glave za ubrizgavanje praha i laserske radne glave, metoda dodavanja praha dijeli se na metodu koaksijalnog dodavanja praha i metodu bočnog dodavanja praha. Laserski aditivni popravak osovine treba usvojiti metodu koaksijalnog dodavanja praha. Slika 2 i Slika 3 su dijagram sastava sustava laserskih aditiva i shematski dijagram formiranja laserskih aditivnih popravka.

Trenutačne glavne tehnologije popravka su laserska aditivna tehnologija popravka, tehnologija popravka zavarivanjem i tehnologija popravka toplinskim raspršivanjem. U usporedbi s tehnologijom popravka zavarivanjem i tehnologijom popravka toplinskim raspršivanjem, tehnologija popravka laserskim aditivima ima sljedeće prednosti.

(1) Visoka gustoća energije Laserska zraka ima karakteristike visoke gustoće energije, malog unosa topline i male zone utjecaja topline, odnosno toplinski utjecaj na podlogu je mali. Zbog velike gustoće energije i kratkog vremena zagrijavanja, zaostalo naprezanje između sloja za popravak i podloge je malo.

(2) Visoka čvrstoća reparaturnog sloja Reparaturni sloj ima veliku gustoću i postoji metalurška veza između reparaturnog sloja i podloge. Stupanj razrjeđivanja je nizak, a čvrstoća lijepljenja visoka. Može se koristiti za popravak dijelova pod velikim opterećenjem.

(3) Visoka fleksibilnost popravka Može postići lasersko oblaganje velike debljine i velike površine na površini izratka, ispuniti zahtjeve popravka površine dijelova osovine različitih veličina i oblika i ostvariti ponovnu proizvodnju "gotovo neto oblika" odabrana područja neispravnih dijelova, s malim dodatkom za naknadnu obradu.

3 Plan procesa

Ovaj rad uzima tehnološki poboljšanu osovinu električne lokomotive HXD2 kao primjer za provjeru. Specifični kemijski sastav i glavni zahtjevi za performanse EA1N osovinskog legiranog čelika prikazani su u Tablici 1 i Tablici 2.

Kako bi se riješio problem laserske obloge EA1N osovine, prah od legiranog čelika CRRC-SP-13 koji je razvio CRRC Research Institute odabran je za lasersku oblogu EA1N osovine. Kontrolirana su tri aspekta prethodnog oblaganja, postupka oblaganja i obrade nakon oblaganja. Specifični postupak laserskog oblaganja osovine prikazan je na slici 4.

3.1 Priprema prije oblaganja

(1) Obrada prahom Na temelju prethodnih eksperimentalnih rezultata, prema sastavu i zahtjevima izvedbe EA1N legiranog čelika, prah legiranog čelika s veličinom čestica od 53-150 μm odabran je za lasersko oblaganje. Prije oblaganja, prah je potrebno prosijati pomoću sita za prah od 80 mesha (otvor od oko 178 μm) kako bi se osiguralo da nema nečistoća i aglomeriranog praha u prahu, a zatim sušiti u vakuumskoj peći za sušenje na 80 ℃ 30 minuta .

(2) Strojna obrada za uklanjanje nedostataka Kako bi se uklonili površinski nedostaci sjedišta kotača osovine, potrebno je strojno obraditi položaj. Operacije strojne obrade moraju ispunjavati sljedeća načela:
1) Na temelju prethodnih istraživanja i statističkih rezultata, ukupna dubina rezanja strojnom obradom trebala bi biti veća ili jednaka 95% dubine defekta.
2) Za jedan dio, sjedište kotača osovine nakon strojne obrade zajamčeno je bez grešaka.
3) Iako je morfologija kvara svake osovine drugačija, sve osovine jednog modela trebale bi dijeliti skup postupaka strojne obrade. Na temelju gore navedenih načela, cijela površina sjedišta kotača osovine je jednoliko okrenuta, a promjer je smanjen za 2 mm. Nema posebnih zahtjeva za hrapavost obrade.
(3) Obrada površine osovine Budući da na površini osovine nakon strojne obrade postoje zagađivači poput rezne tekućine i ulja protiv hrđe, osovinu je potrebno zahrđati i odmastiti kako bi se osigurala kvaliteta popravka površine laserske obloge. Najprije vizualno pregledajte osovinu koju želite popraviti i pomoću kutne brusilice izbrusite i uklonite zahrđale dijelove. Istodobno, pazite da proces brušenja ne uzrokuje preduboke tragove brušenja ili strme rubove na površini i nemojte oštetiti nepopravljene dijelove. Nakon brušenja izmjerite promjer dijela koji popravljate i alkoholom očistite cijelu površinu koju popravljate kako biste potpuno uklonili zaostale mrlje od ulja. Nakon čišćenja izbjegavajte ponovni kontakt s površinom koju treba popraviti kako biste izbjegli sekundarnu kontaminaciju.

3.2 Laserski popravak obloge

(1) Oprema za lasersko oblaganje i procesni parametri Na temelju prethodno prikupljenih podataka i karakteristika materijala osovine, parametri procesa laserskog oblaganja koji su verificirani koriste se za izvođenje popravka površinskih defekata na laserskom oblaganju. Treba napomenuti da su, s obzirom na razlike između različitih hardvera, parametri procesa ograničeni na korištenje namjenske eksperimentalne platforme za laserski aditivni popravak. Specifična oprema i parametri procesa prikazani su u tablici 3.

(2) Planiranje putanje laserske obloge S obzirom na to da je osovina koja se popravlja jednostavna cilindrična površina, kao što je prikazano na slici 5 (crveni dio), putanja laserske obloge planira se ručnim programiranjem. Specifični slijed je sljedeći:

1) Započnite oblaganje od ruba područja popravka osovine, koristeći konvencionalnu strategiju oblaganja jedne spiralne linije.

2) Nakon popravka unutarnjeg ruba crvenog područja, dodatno obložite 1 do 2 kruga kako biste bili sigurni da nijedno područje nije propušteno.

3) Nakon što je crveni dio obložen, izvedite oblaganje rubova krajnjeg vanjskog ruba osovine i rubova s ​​obje strane utora za klin. U ovom trenutku, glava za oblaganje može se odgovarajuće nagnuti kako bi se osiguralo da ne nedostaje meso tijekom strojne obrade.
4) Nakon završetka jednoslojne obloge, cijeli sloj obloge se polira kutnom brusilicom kako bi se ravnomjerno uklonili neravni dijelovi površine i vratio metalni sjaj površine. Dubina brušenja je oko 0.3 mm.
5) Nakon završetka poliranja prethodna 4 koraka se ponavljaju dok se ne završi oblaganje drugog sloja. U ovom trenutku treba osigurati da promjer nakon oblaganja bude najmanje 2 mm veći od izvornog promjera. Prilikom oblaganja drugog sloja treba paziti da gornja i donja traka obloge budu raspoređene.

3.3 Obrada nakon oblaganja

(1) Lokalna toplinska obrada Nakon završetka laserskog popravka aditiva, osovina se lokalno toplinski obrađuje. Uzimajući u obzir zahtjeve scenarija primjene za održavanje na licu mjesta, pod premisom da se osigura da unos topline uzrokuje najmanje toplinsko oštećenje podloge, odabrana je prilagođena grijaća čahura za izvođenje toplinske obrade u zračnom okruženju. Temperatura grijanja je 500 ~ 550 ℃, a vrijeme izolacije je 2 ~ 3 sata. Tijekom procesa grijanja i hlađenja, grijaći dio je omotan pamukom za toplinsku izolaciju kako bi se povećala brzina grijanja i smanjila brzina hlađenja. Tijekom procesa grijanja koristi se termovizijska kamera za praćenje temperature kako bi se osigurala točnost temperature grijanja.
(2) Ispitivanje bez razaranja popravljenih dijelova sloja obloge Kako bi se osigurala kvaliteta popravka sloja obloge, u skladu sa standardom GB/T 18851.1-2012 „Ispitivanje bez razaranja Ispitivanje penetrantima Dio 1: Opća načela”, fluorescentni penetranti a lampe s crnim svjetlom koriste se za izvođenje ispitivanja bez razaranja popravljenih dijelova. Nakon detekcije grešaka penetrant se ispere čistom vodom, a dijelovi se brzo suše kako bi se spriječilo hrđanje.
(3) Ispitivanje tvrdoće popravljenih dijelova obložnog sloja Površina obložnog sloja lagano se polira kutnom brusilicom da se dobije svijetla ravnina od najmanje 1 cm2. Tvrdoća strukture obloge mjeri se i turpija ultrazvučnim uređajem za mjerenje tvrdoće.
(4) Ambalaža za zaštitu od hrđe i korozije Popravljena osovina se čisti i označava prije pakiranja, te se provodi obrada protiv hrđe i korozije. Zatim se pakira i zatvara u čvrstu, nepropusnu neutralnu plastičnu vrećicu.

4 Eksperimentalna provjera

Uzmimo osovinu električne lokomotive HXD2 za tehničko poboljšanje kao primjer, pripremom seta gotovih ispitnih osovina, osovine lasersko oblaganje pripremni radovi obavljeni su u skladu s gornjim tijekovima procesa laserskog oblaganja osovina, a dovršena je obrada prahom, strojna obrada sjedišta kotača za uklanjanje nedostataka, uklanjanje hrđe na osovini i uklanjanje ulja; zatim su određeni parametri opreme i procesa te planiran put laserskog oblaganja. Slika 6 je fizička slika laserske obloge osovine. Nakon dovršetka laserskog oblaganja osovine, osovina je podvrgnuta lokalnoj toplinskoj obradi, ispitivanju bez razaranja saniranih dijelova obloge i ispitivanju tvrdoće popravljenih dijelova obloge. Rezultati su pokazali da je učinak laserskog oblaganja bio dobar i da nakon popravka nisu stvoreni novi nedostaci kao što su pore i uključci troske.

Trenutačno je provedeno lasersko oblaganje osovine, detekcija zaostalog naprezanja, ispitivanje bez razaranja i ispitivanje presavanjem kotača, što sve ispunjava odgovarajuće standardne zahtjeve. Slika 7 i Slika 8 su stvarna slika osovine nakon laserskog oblaganja i slika testa prešanjem kotača. Ima određeni učinak na provjeru performansi laserski obloženih obnovljenih osovina i može učinkovito izbjeći veće sigurnosne nesreće uzrokovane popravljenim osovinama nakon što su stavljene u upotrebu.

5 Zaključak

Ciljajući na probleme nesavršenih metoda laserskog oblaganja osovina i nedostatka istraživanja o procesu laserskog oblaganja osovina EA1N, ovaj rad odabire prah legiranog čelika CRRC-SP-13 koji je razvio istraživački institut CRRC za lasersko oblaganje osovina EA1N i kontrolira tri aspekta prethodno oblaganje, postupak oblaganja i obrada nakon oblaganja. Rezultati pokazuju da je učinak laserske obloge osovine vrlo dobar i da se nakon popravka ne stvaraju novi nedostaci kao što su pore i uključci troske. Istraživanje procesa laserskog oblaganja osovina EA1N uspješno je dovršeno. Inženjerska provjera primjene popravka osovina je trenutno u tijeku, a rezultati ovog testa također pružaju teorijsku osnovu za razvoj naknadnih procesa popravka osovina.