[发明专利]一种激光电弧焊复合熔覆再制造铁道列车车轮的装置

说明书

技术领域

本发明一种激光电弧焊复合熔覆再制造铁道列车车轮的装置，采用宽带激光与摆动电弧焊结合，有效的解决了电弧焊接热影响区大，结合界面基材力学性能下降，焊接层存在气孔缺陷和夹杂多和激光熔覆效率低的问题，实现了双热源优点的结合，有效降低了铁道列车车轮再制造成本。

背景技术

铁道列车车轮主要包括货车、客车和高铁车轮，一般铁轨的材质为CL70号钢，车轮的材质为CL60号钢，从设计的原理上宁可牺牲车轮的寿命也不牺牲铁轨的寿命，主要原因是更换铁轨会影响列车运行，打乱整个铁路的运行秩序和安全保障，货车车轮在完成运输任务后可以在线下检修和更换。所以对铁道列车车轮的要求是不能比铁轨更耐磨。在中国每年由于磨损的原因下线更换的车轮价值达到10亿元左右，换下的车轮采取回炉重新熔炼使用，这样浪费了大量能源和多余的劳动付出。随着铁路提速及高铁的大量投入使用，车轮的磨损和更换问题更加突出，这已经成为铁路运营很大的成本，车轮的再制造需求迫切。

以往铁路部门对报废的车轮也采取了弧焊技术进行修复，但由于质量难于保证，对操作者技能要求高，再加上批量大，因此参与的部门多，造成质量无法保证，这样极大威胁着铁路运输安全和人员安全，国家铁路局被迫停止了弧焊焊接修复车轮的生产。高铁的大量运行，车轮再制造问题又一次被提上日程。

国内其他企业研究过用激光熔覆手段修复车轮，通过论证和分析，性能和指标都达到铁路车轮技术条件要求，但他们却遭遇了实际应用困难，铁道列车车轮新品价格和车轮耐磨性不能超过铁轨的耐磨性的双层约束。激光熔覆再制造车轮无法满足制造成本的限制，使使用部门无法接受激光熔覆再制造铁路列车车轮的价格。

我们研制出宽带激光与摆动电弧焊结合的车轮复合再制造装置，有效的解决了激光制造成本过高和弧焊质量无法保证的缺点。为铁道列车车轮高品质、高效率、低成本再制造提供了可能。我们同时提出专用自动化设备的概念，进一步提高了劳动生产率，保证了加工过程稳定和复杂工序通过功能分解通过简单加工单元的生产过程思维，进一步降低了加工成本提高了品质稳定性。

发明内容

高效率、高品质、低成本是铁道列车车轮再制造的三个基本要求，围绕这个要求我们研制出宽带激光与电弧焊结合的复合熔覆装置对铁道列车车轮进行再制造，同时研制出专用自动化设备分解复杂加工过程形成生产力。

如图1为激光电弧焊复合熔覆再制造铁道列车车轮的装置结构示意，电弧11通过摆头12使熔覆焊道宽度与激光13带宽约13*1.5（mm）一致，通过氩气14保护形成惰性保护气层，在激光13作用下加速焊丝的熔化速度并使焊深加深，激光能束对熔池15形成搅拌使气孔排出及造渣充分，避免熔覆缺陷及夹杂产生，同时熔覆层与基体10形成更牢固的冶金结合。

铁道列车车轮制造执行TB/T449-2003《机车车辆车轮轮缘踏面外形》、TB/T2817-1997《铁道车辆用辗钢整体轮技术条件》，铁道列车车轮再制造必须满足标准技术条件要求。

如图2 所示为铁道列车车轮结构，车轮由于高速运行，负载大，因此磨损很大，车轮主要磨损轮毂表面1和轮缘内侧面2，激光电弧焊复合再制造装置主要在轮毂表面和轮缘内侧实施加工，轮毂一般单边需要熔覆6-10mm，轮缘需要熔覆5mm左右。

如图3所示激光电弧焊复合熔覆再制造铁道列车车轮的装置的加工过程示意，焊丝6通过送丝装置被推送到弧焊头5输出，由于焊丝6是弧焊的一个电极其与轮缘面2产生电弧放电，焊丝熔化，激光光束焦点作用在焊束熔池9里，对焊层熔池中金属充分搅拌，提供能量使焊丝送丝速度提升，造渣及气孔减少，热影响区减小，提高有效能量利用率。摆动器7使电弧焊宽度与激光带宽度一致，使激光能量得到充分利用，提高熔丝量。

附图说明

附图1 宽带激光与电弧焊复合熔覆车轮示意图。

附图2 铁路列车车轮结构示意图。

附图3 加工过程示意图。