一种车轴激光熔覆再制造生产可靠性控制方法技术

本发明专利技术一种车轴激光熔覆再制造生产可靠性控制方法，包括：建立车轴的完整性寿命参照标准，根据表面损伤特征得到车轴的原始损伤构型寿命清单LOLL，构建车轴损伤特征识别模块；建立激光熔覆可修复范围和修复标准，获得标准修复技术下的激光熔覆修复区域的材料特征参数，然后在可修复范围内计算得到所有损伤构型对应的车轴激光熔覆修复区域寿命清单LRL，构建车轴激光熔覆生产特征识别模块；识别待修车轴的损伤特征，获得损伤分类及对应的损伤代码DC，通过判断损伤代码DC的标记，得到修复生产后车轴的可靠性预评估结果，最后对通过预评估的可修车轴损伤部位按照标准修复技术进行激光熔覆修复，并对相应部位寿命进行升级计算和可靠性评估。

Reliability control method for laser cladding remanufacturing production of axles

The invention provides a reliability control method for axle production by laser cladding and remanufacturing, which includes: establishing the reference standard of axle integrity life, obtaining the original damage configuration life list LOLL of axle according to the surface damage characteristics, constructing the axle damage feature recognition module, establishing the repairable range and repair standard of laser cladding, and obtaining the laser cladding repair area under the standard repair technology. Material characteristic parameters are calculated and the life list LRL of laser cladding repair area corresponding to all damage configurations is obtained in the repairable range. The recognition module of production characteristics of laser cladding of axles is constructed. The damage characteristics of axles to be repaired are identified, and the damage classification and corresponding damage code DC are obtained. By judging the mark of damage code DC, the reliability prediction of axles to be repaired after production is obtained. Finally, the damaged parts of repairable axles are repaired by laser cladding according to the standard repair technology, and the life of corresponding parts is calculated and evaluated.

【技术实现步骤摘要】
一种车轴激光熔覆再制造生产可靠性控制方法
本专利技术涉及高速铁路列车制造
，尤其涉及一种车轴激光熔覆再制造生产可靠性控制方法。
技术介绍
高速列车的车轴属于直接涉及安全的关键部件。车轴在日常运转中，轮座面会由于微振磨蚀作用产生表面损伤。国内外对于高速轮轴的可靠性要求非常高，国内高速列车车轴的表面损伤可修复标准为深度0.1mm，低于此尺寸采用打磨方式修复，而对于高于此尺寸表面损伤的车轴，依据现有运行标准采用封存处理，留待修复技术成熟时再修复重新投入使用。近年来，激光熔覆（LC，LASERCLADDING）技术逐渐进入修复和制造领域。激光熔覆修复技术在对因表面失效而报废的零件修复中是极有优势的。这种报废零件的失效特征是，零部件失效仅仅由于表面损伤或者表面区域的机械性能失去功能，而零件的整体性能在表面失效时还完全满足工况。相对于其他传统修复技术，LC避免了传统焊接工艺带来的热变形，热影响区，热疲劳难题，又解决了涂覆过程中覆层与基体结合强度差的矛盾。对高速列车车轴的表面激光熔覆修复的相关可行性研究结果显示，激光熔覆层能够与基体形成良好的冶金结合，组织变化均匀，晶粒相对细小，经过退火处理，熔覆层内外残余应力可以达到相关制造标准的规定。这说明，在严格的可靠性控制标准下，激光熔覆表面修复技术是可以用于超出损伤标准的高铁车轴的再制造的。然而，依靠传统寿命和可靠性分析技术对高铁车轴的激光熔覆表面修复后寿命计算和可靠性评估是比较困难的。这主要是激光熔覆再制造成品的质量存在较大的不确定性，熔覆区材料的物理，机械性能测量结果数据，微观结构观察的数据来源于一个复杂多变的制造体系，涉及基体材料和熔覆用粉末的匹配，激光熔覆修复设备的操作参数和环境。而传统的寿命计算和可靠性分析技术基于标准稳定的制造环境，根据特定性能材料试验的数据和按照统计（回归）方法得到经验型模型参数，从而外推到求解本材料在其他工况下的寿命，其本质是表象型的数据分析模型，当数据来源复杂多变时，就失去了对整体产品生产和成品寿命现象的描述能力，而回归于基本数据表征的某特定产品和其寿命的计算方法。传统可靠性分析技术面对制造体系多变性的困难来源于缺乏材料的微观损伤机制和寿命关系的逻辑关系，相应地也不具备按照材料物理模型分析损伤历程，以及产品寿命和可靠性的具体实施方法。即使在激光熔覆再制造过程中积累了一定的制造和机械性能，失效寿命数据，依靠传统的寿命和可靠性分析技术，也难以得到一个标准可控的，具备高可靠性的激光熔覆再制造可靠性控制系统。综上，现有技术之所以没有采用表面修复技术使车轴进入再制造和恢复应用流程，不是受到高级修复技术的制约，而是由于基于生产安全考虑，缺乏针对激光熔覆修复部件的精确的寿命和可靠性分析技术及运行维护方法。国内高铁列车车轴使用维护管理中，基于现行可靠性控制标准，车轴属于关键不可修复部件，一旦车轴表面出现深于0.1mm的表面损伤，车轴就必须退出服务并封存。这意味着车轴表面的极细微损伤都会导致车轴整体部件的报废，从而造成了巨大的成本消耗和资源浪费。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺点，本专利技术的目的是为列车车轴的激光熔覆再制造生产提供系统化的可靠性控制方法。本专利技术实施例提供的一种车轴激光熔覆再制造生产可靠性控制方法，该方法包括：1）建立车轴的完整性寿命参照标准，并且根据表面损伤特征得到车轴的原始损伤构型寿命清单LOLL，构建车轴损伤特征识别模块；2）建立激光熔覆可修复范围和修复标准，并获得标准修复技术下的激光熔覆修复区域的材料特征参数，然后在可修复范围内计算得到所有损伤构型对应的车轴激光熔覆修复区域寿命清单LRL，构建车轴激光熔覆生产特征识别模块；3）识别待修车轴的损伤特征，获得损伤分类及对应的损伤代码DC，通过判断损伤代码DC的标记，得到修复生产后车轴的可靠性预评估结果,最后对通过预评估的可修车轴损伤部位按照标准修复技术进行激光熔覆修复，并对相应部位寿命进行升级计算和可靠性评估，完成对具体损伤待修车轴进行标准化修复和寿命可靠性分析的执行过程。进一步地，上述方法中，所述车轴损伤特征识别模块构建流程具体如下：1）综合基本的表面损伤模式，按照对现有封存车轴损伤现象统计分析得到车轴表面损伤特征的概率分布；2）根据损伤特征的概率分布状况将不同的损伤归纳出各自最大概率分布缺陷特征，作为激光熔覆修复定制技术应用的标准激光熔覆修复缺陷库SDL，其他偏离自身SDL的损伤构型作为分布型激光熔覆修复缺陷库DDL；3）SDL和DDL包含的损伤按照各自细节都被赋予损伤代码DC，并在车轴表面损伤特征网格和主体网格划分中体现；4）按照标准的结构分析方法调用微观结构物理损伤模型ALPM，计算车轴在标准和非标准使用载荷下的不同损伤特征处的原始损伤构型寿命清单LOLL。进一步地，上述方法中，所述原始损伤构型寿命清单LOLL包括：原始设计寿命ODLP；单个缺陷疲劳寿命，以及单个缺陷下局部特征小裂纹扩展寿命和宏观裂纹安全扩展寿命；复合缺陷疲劳寿命，以及复合缺陷下局部特征小裂纹扩展寿命和宏观裂纹安全扩展寿命。进一步地，上述方法中，所述原始设计寿命ODLP包括：无缺陷疲劳寿命、无缺陷微动磨蚀损伤寿命以及无缺陷下局部特征小裂纹扩展寿命和宏观裂纹安全扩展寿命。进一步地，上述方法中，所述车轴激光熔覆生产特征识别模块构建流程具体如下：1）采用车轴的标准激光熔覆修复缺陷库SDL作为激光熔覆修复的优化基础；2）结合修复粉末的物理和机械特性，按照激光熔覆设备的可控制熔覆修复范围创建损伤修复操作方案SLM；进一步地，上述方法中，所述损伤修复操作方案SLM包括：针对不同SDL中损伤代码DC的具体技术流程和工艺标准、实施准则，熔覆区域的修复后表面光洁度和硬度物理机械性能的处理参照原始完整车轴的制造标准予以实施，并通过检测和验证。进一步地，上述方法中，所述损伤修复操作方案SLM的建立过程是一个激光熔覆再制造施工，数据取证，调用微观结构物理损伤模型ALPM进行修复后局部寿命RRL计算的循环优化过程。进一步地，上述方法中，所述局部寿命RRL计算包括：车轴在标准和非标准使用载荷下的该特征损伤处的微动磨蚀损伤寿命，复合缺陷疲劳寿命，以及复合缺陷下局部特征小裂纹扩展寿命和宏观裂纹安全扩展寿命。进一步地，上述方法中，若损伤修复操作方案SLM下得到的熔覆区材料参数结合损伤特征的局部寿命RRL计算结果未达到车轴该局部区域的原始寿命，则该标准激光熔覆修复缺陷库SDL以及该SDL的偏离构型分布型激光熔覆修复缺陷库DDL中的所有损伤代码DC代表的损伤构型标记为本修复设备和粉末条件下不可修复DCP，否则所有达到或者超过局部区域原始寿命的SDL以及其DDL中包含的损伤构型被标记为可修复损伤DCN。进一步地，上述方法中，将所述具有可修复损伤DCN特征的表面损伤通过质量过滤进入修复可行性验证的下一个阶段，激光熔覆修复后特征性微动磨蚀损伤试验和全尺寸车轴疲劳试验。进一步地，上述方法中，在所述微动磨蚀损伤试验和全尺寸车轴疲劳试验验证中，所有的特征激光熔覆修复区域必须通过设定阈值的安全疲劳试验次数，且计算得到的相应寿命与试验值的偏差不能超出可靠性控制标准规定的分布区间。进一步地，上述方法中，根据以下方式得到所有损伤构型对应的车轴激光熔覆修复区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车轴激光熔覆再制造生产可靠性控制方法，其特征在于，该方法包括：1）建立车轴的完整性寿命参照标准，并且根据表面损伤特征得到车轴的原始损伤构型寿命清单LOLL，构建车轴损伤特征识别模块；2）建立激光熔覆可修复范围和修复标准，并获得标准修复技术下的激光熔覆修复区域的材料特征参数，然后在可修复范围内计算得到所有损伤构型对应的车轴激光熔覆修复区域寿命清单LRL，构建车轴激光熔覆生产特征识别模块；3）识别待修车轴的损伤特征，获得损伤分类及对应的损伤代码DC，通过判断损伤代码DC的标记，得到修复生产后车轴的可靠性预评估结果，最后对通过预评估的可修车轴损伤部位按照标准修复技术进行激光熔覆修复，并对相应部位寿命进行升级计算和可靠性评估，完成对具体损伤待修车轴进行标准化修复和寿命可靠性分析的执行过程。

【技术特征摘要】
1.一种车轴激光熔覆再制造生产可靠性控制方法，其特征在于，该方法包括：1）建立车轴的完整性寿命参照标准，并且根据表面损伤特征得到车轴的原始损伤构型寿命清单LOLL，构建车轴损伤特征识别模块；2）建立激光熔覆可修复范围和修复标准，并获得标准修复技术下的激光熔覆修复区域的材料特征参数，然后在可修复范围内计算得到所有损伤构型对应的车轴激光熔覆修复区域寿命清单LRL，构建车轴激光熔覆生产特征识别模块；3）识别待修车轴的损伤特征，获得损伤分类及对应的损伤代码DC，通过判断损伤代码DC的标记，得到修复生产后车轴的可靠性预评估结果，最后对通过预评估的可修车轴损伤部位按照标准修复技术进行激光熔覆修复，并对相应部位寿命进行升级计算和可靠性评估，完成对具体损伤待修车轴进行标准化修复和寿命可靠性分析的执行过程。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车轴损伤特征识别模块构建流程具体如下：1）综合基本的表面损伤模式，按照对现有封存车轴损伤现象统计分析得到车轴表面损伤特征的概率分布；2）根据损伤特征的概率分布状况将不同的损伤归纳出各自最大概率分布缺陷特征，作为激光熔覆修复定制技术应用的标准激光熔覆修复缺陷库SDL，其他偏离自身SDL的损伤构型作为分布型激光熔覆修复缺陷库DDL；3）SDL和DDL包含的损伤按照各自细节都被赋予损伤代码DC，并在车轴表面损伤特征网格和主体网格划分中体现；4）按照标准的结构分析方法调用微观结构物理损伤模型ALPM，计算车轴在标准和非标准使用载荷下的不同损伤特征处的原始损伤构型寿命清单LOLL。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述原始损伤构型寿命清单LOLL包括：原始设计寿命ODLP；单个缺陷疲劳寿命，以及单个缺陷下局部特征小裂纹扩展寿命和宏观裂纹安全扩展寿命；复合缺陷疲劳寿命，以及复合缺陷下局部特征小裂纹扩展寿命和宏观裂纹安全扩展寿命。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述原始设计寿命ODLP包括：无缺陷疲劳寿命、无缺陷微动磨蚀损伤寿命以及无缺陷下局部特征小裂纹扩展寿命和宏观裂纹安全扩展寿命。5.根据权利要求2或3或4所述的方法，其特征在于，所述车轴激光熔覆生产特征识别模块构建流程具体如下：1）采用车轴的标准激光熔覆修复缺陷库SDL作为激光熔覆修复的优化基础；2）结合修复粉末的物理和机械特性，按照激光熔覆设备的可控制熔覆修复范围创建损伤修复操作方案SLM。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述损伤修复操作方案SLM包括：针对不同SDL中损伤代码DC的具体技术流程和工艺标准、实施准则，熔覆区域的修复后表面光洁度和硬度物理机械性能的处理参照原始完整车轴的制造标准予以实施，并通过检测和验证。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述损伤修复操作方案SLM的建立过程是一个激光熔覆再制造施工，数据取证，调用微观结构物理损伤模型ALPM进行修复后局部寿命RRL计算的循环优化过程。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述局部寿命RRL计算包括：车轴在标准和非标准使用载荷下的该特征损伤处的微动磨蚀损伤寿命，复合缺陷疲劳寿命，以及复合缺陷下局部特征小裂纹扩展寿命和宏观裂纹安全扩展寿命。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，若损伤修复操作方案SLM下得到的熔覆区材料参数结合损伤特征的局部寿命RRL计算结果未达到车轴该局部区域的原始寿命，则该标准激光熔覆修复缺陷库SDL以及该SDL的偏离构型分布型激光熔覆修复缺陷库DDL中的所有损伤代码DC代表的损伤构型标记为本修复设备和粉末条件下不可修复DCP，否则所有达到或者超过局部区域原始寿命的SDL以及其DDL中包含的损伤构型被标记为可修复损伤DCN。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述具有可修...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军，陈滢，
申请(专利权)人：苏州先机动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32