如今，激光技術的應用愈加廣泛，在工業(ye) 領域除了傳(chuan) 統的材料加工外，激光技術的應用場景也正在逐漸延伸和開拓。來自莫納什大學、澳大利亞(ya) 核科學和技術組織（ANSTO）的研究人員與(yu) 鐵路技術研究所和Hardchrome Engineering公司的工程師通力合作，開發了一種基於(yu) 激光的鐵路修複技術。

在ANSTO的澳大利亞(ya) 中子散射中心，該團隊使用了Kowari儀(yi) 器評估這項激光熔覆修複技術。未來，該方法將有望提高鋼軌的使用壽命，減少維護時間和成本。從(cong) 成本上看，修複鋼軌也優(you) 於(yu) 直接更換。

圖1：通過Kowari應變掃描儀(yi) 顯示出激光熔覆過程中產(chan) 生的殘餘(yu) 應力

行業(ye) 合作夥(huo) 伴Hardchrome是“ARC linkage”項目的合作夥(huo) 伴，該公司利用激光熔覆在采礦業(ye) 的製造和維修方麵擁有豐(feng) 富的經驗和專(zhuan) 業(ye) 知識。然而，重載鐵路維修對製造商提出了新的挑戰，因為(wei) 無法在工廠對鋼軌進行修複，而需要在澳大利亞(ya) 內(nei) 陸的偏遠地區完成修複作業(ye) 。

研究團隊的成果發表在專(zhuan) 業(ye) 期刊《材料加工技術》（Materials Processing Technology）上，他們(men) 得出結論，先進的激光技術可以在重載軌道上使用，同時可以有效減少修複區域的殘餘(yu) 應力。使用激光熔覆技術，在受損的鋼軌表麵用不鏽鋼或鈷基合金進行單層或雙層塗覆。

“激光熔覆可以將這些有益材料沉積到受損區域，但也可以引入或重新分布殘餘(yu) 應力。”莫納什大學博士生Taposh Roy解釋說。目前，他在墨爾本地鐵列車公司擔任項目工程師。

圖 2：研究人員通過在軌頭下方鑽兩(liang) 個(ge) 盲孔實現測量

研究人員使用Kowari應變掃描儀(yi) 對一段全尺寸鋼軌頭進行掃描，中子散射測量可測出由激光在熔覆沉積過程中產(chan) 生的熱量殘餘(yu) 應力。作為(wei) 研究的一部分，該團隊還開發了一種新程序來評估全尺寸熔覆鋼軌厚截麵的殘餘(yu) 應力。

每個(ge) 測量位置都是由一個(ge) 坐標測量機指定的，該坐標測量機來自於(yu) ScanSS軟件中的Kowari虛擬機。利用Oube掃描軟件對樣品進行掃描，數據在SScanSS軟件中建立樣品和測量位置的局部坐標係，如圖1所示。然後，樣品在Kowari衍射儀(yi) 上對齊，使用測量參考基準點來推導局部坐標係的位置。因此，每一次測量的量規體(ti) 積中心都可以精確對準相應的測量位置。

鋼軌頂部熔覆層厚度約為(wei) 1.5mm-2mm，遠小於(yu) 49mm厚的鋼軌。為(wei) 了在薄熔覆層（約1mm-2mm）和熱影響區內(nei) 實現高空間分辨率的殘餘(yu) 應力測量，需要較小的測量體(ti) 積。由於(yu) 測量尺寸小，通過鋼的路徑長度大，無法使用傳(chuan) 統的安排進行測量。在這項鐵路研究中首次實施了一種替代策略。

如圖2所示，在軌頭下方鑽兩(liang) 個(ge) 盲通道孔以減少繞射中子飛行到探測器。兩(liang) 個(ge) 盲孔的中心軸線與(yu) 頂麵相交深度為(wei) 10mm。在兩(liang) 個(ge) 孔的中間進行測量，從(cong) 而避免了局部應力的幹擾。研究人員發現，激光熔覆可顯著降低鋼軌表麵和亞(ya) 表麵的殘餘(yu) 應力，該方法似乎優(you) 於(yu) 傳(chuan) 統的基於(yu) 電弧焊的熔覆方法，後者是當前修複鋼軌磨損損壞的常用技術。 

“室內(nei) 的維修試驗結果鼓舞人心，未來我們(men) 將進一步探索該技術作為(wei) 便攜式和機動裝置的應用，以此解決(jue) 澳大利亞(ya) 偏遠地區的鐵路維護問題。”Anna Paradowska教授談到。

作者：Taposh Roy（墨爾本地鐵列車）、Anna Paradowska（澳大利亞(ya) 核科學和技術組織）