华东交通大学机电与车辆工程学院, 江西 南昌 330013
我国铁路跨度长、 运营时间长、 运行环境变化较大, 故对于车轮的磨损较大, 为保障高速铁路的安全运行, 高速列车车轮表面硬度就成为了一项重要参考指标。 激光诱导击穿光谱(LIBS)实验平台对8块不同硬度的HS7高铁车轮用钢样品进行击穿获取LIBS光谱数据, 发现基体元素(Fe)和合金元素(Cr, Mo, W)的谱线强度、 离子与原子线的强度比值(Ⅱ/Ⅰ)以及合金元素谱线强度与基体元素谱线强度的强度比值(A/M), 分别与样品硬度有着不同程度的相关关系。 利用此相关关系分别建立了以谱线强度和谱线强度结合谱线强度比值为变量的偏最小二乘法(PLS)定量分析模型, 在建立模型前采用标准正态变量变换(SNV)、 Savitzky-Golay卷积二阶导和高斯滤波(Gaussian filter)三种预处理方法来减小实验误差。 结果表明, 以谱线强度为变量的模型中采用SNV预处理后建立的PLS模型效果最佳, 校正集的确定系数为0.98, 均方根误差为1.30, 预测集的确定系数为0.90, 均方根误差为2.43; 以谱线强度结合谱线强度比值为变量的模型中采用原始数据建立的PLS模型效果最佳, 校正集的确定系数为0.99, 均方根误差为0.79, 预测集的确定系数为0.94, 均方根误差为2.44, 且通过对比发现以谱线强度结合谱线强度比值为变量的模型其预测精确度及其稳定性相比于以谱线强度为变量的模型均有所提升。 该结果表明, 利用谱线强度和离子与原子线的强度比、 合金元素谱线强度与基体元素谱线强度的强度比相结合的结果作为模型变量, 能显著提升PLS模型对于金属材料表面硬度预测的能力, 可以构建一种相关性更强的定量分析模型。 研究表明, 采用激光诱导击穿光谱技术结合偏最小二乘法定量分析高铁车轮硬度具有一定可行性, 可将该技术应用于现场诊断、 估算高速列车车轮表面硬度, 为维持高速列车安全运行提供一定的保障。
激光诱导击穿光谱 高速列车车轮表面硬度 谱线强度 偏最小二乘法 Laser-induced breakdown spectroscopy Surface hardness of high speed train wheels Spectral line intensity Partial least squares 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3109
1 中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111
2 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
3 哈尔滨工业大学(威海)山东省特种焊接技术重点实验室，山东 威海 264209
采用激光-MIG复合焊接对轨道交通铝合金型材进行焊接研究，从焊接成形、气孔缺陷和熔池行为等方面研究了热源与焊接方向的夹角对于焊接特性的影响。结果表明，增大激光与焊接方向的夹角可使熔深、熔宽降低，当激光夹角从82.5°增加至110°时，熔深下降了50%，熔宽下降了25%，增大热源角度有利于焊缝中气孔逸出，当激光角度由82.5°增大至97.5°时，焊缝气孔率由3%下降至0%，增大电弧角度也有利于减少气孔。不同热源角度下熔滴过渡方式均为射滴过渡，增大激光和电弧与焊接方向的夹角会促使熔池变长。Fluent模拟结果说明热源夹角影响能量传播，增大激光角度会减弱能量向深度方向的传播，增大电弧角度会扩大其加热范围，进而增加熔池长度，提升熔池存在时间，有利于气孔排除。
激光技术 高速列车 铝合金型材 激光-MIG复合焊 热源角度 焊接特性
1 石家庄铁道大学材料科学与工程学院, 河北 石家庄 050043
2 河北省交通工程材料重点实验室, 河北 石家庄 050043
对高速列车制动盘进行表面改性提高耐磨性是制动盘发展的趋势, 但激光熔覆镍基自熔性合金粉末后显微硬度过高, 且随熔覆层厚度增加开裂趋势越明显。为此, 研究采用微合金化技术, 探索微量合金元素对熔覆层组织及性能的影响, 通过依次添加不同含量的V、Ti、B、Si等合金元素, 优化粉末配比, 进而达到改善熔覆层目的。研究结果表明: Ti粉末晶粒细化的效果比V粉末更加明显, 最佳添加量为1%; B粉末、Si粉末优化含量分别为3.5%和4.5%。熔覆试样摩擦磨损性能测试表明: 优化配方的合金粉末熔覆层磨损率低, 耐磨性佳, 与微观组织观察、显微硬度及成形性的结果相吻合。
高速列车制动盘 激光熔覆成形 微量合金元素 摩擦磨损 brake disc of high speed train laser cladding forming trace alloy elements friction and wear
1 西南交通大学牵引动力国家重点实验室, 四川 成都 610031
2 上海交通大学材料科学与工程学院, 上海 200240
3 中国科学院上海应用物理研究所上海光源, 上海 201204
基于光学显微镜、扫描电镜、同步辐射X 射线成像、电子背散射衍射技术、显微硬度计、拉伸性能测试以及有限元仿真探讨了光纤激光-脉冲MIG 复合焊接2 mm 厚7020-T651铝合金的微观组织与力学特性。结果表明：焊缝、熔合线和母材分别为粗大等轴树枝晶、粗大柱状晶和典型的轧制组织，紧邻熔合线存在一个约100 μm 宽的等轴细晶区；接头的抗拉强度、屈服强度、延伸率和强度系数分别为260 MPa、213 MPa、4.8%和0.7；强化元素Zn 的蒸发烧损和再分布以及强化相颗粒变异的综合影响，导致焊缝的硬度值最低(75 HV)，约为母材的62.5%，但不是导致接头应力集中的重要原因，焊趾区微小缺口才是导致接头疲劳强度降低的根本原因。
材料 织构演变 元素分布 同步辐射光源 疲劳性能 高速列车
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室， 天津 300072
2 铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验站， 北京 100015
动态包络线是制定动态限界的主要依据，准确得到动态包络线是车辆设计过程中的一项重要内容，也是安全行车的重要保障。针对当前车辆动态包络线的获取主要通过计算手段这一情况，设计了高速列车动态包络线测量系统。系统基于双目视觉测量原理，利用大功率线激光瞬时光源构造测量特征，通过高速采集、处理、解算能反映列车动态偏移的被测信息，得到高速列车行驶过程中的动态包络线。提出了一种现场系统校准方法，快速、有效地建立双相机之间的位置关系、轨道中心坐标系及其与测量系统坐标系之间的转换关系。实验结果表明，系统测量精度可达±0.5 mm，实现了高速列车动态包络线的真实可靠测量，为高速列车动态限界的制定提供数据支持。
测量 机器视觉 动态包络线 动态限界 高速列车 校准
