大家都知道，激光运用的范围很广，不仅涵盖了日常生活中常用的各种工具，如不锈钢、大型机器制造、汽车、航天等，也适用于医疗领域。涵盖面涉及到光、机、电、材料及检测等各方面。

不过你知道吗，激光竟可用来修复铁路。这项伟大的举措相信不久的将来会让铁路交通和运输更加方便快捷。

这项研究来自 Monash大学。他们和ANSTO的研究人员与铁路技术研究所(IRT)的工程师合作，使用一种先进的方法，来修复远程位置中被损坏的轨道。

这个技术的原理是在修复铁路的过程中使用大规模的中子散射，目前已被证明是可行的。

每个测量位置都是由一个坐标测量机指定的，该坐标测量机来自于ScanSS软件中的Kowari虚拟机。利用Oube扫描软件对样品进行扫描，数据在SScanSS软件中建立样品和测量位置的局部坐标系，如图(a)所示。然后，样品在科瓦里衍射仪上对齐，使用测量参考基准点来推导局部坐标系的位置。因此，每一次测量的量规体积中心都可以精确对准相应的测量位置，如图(b)所示。

IRT是澳大利亚最重要的轨道和车辆轨道研究中心，Hardchrome工程是一家主权重型制造公司，他们共同开发了一种可靠、高效的基于激光的轨道修复技术。

该团队在科瓦里仪器上使用了ANSTO澳大利亚中子散射中心的核技术来评估激光熔覆修复技术，这是在其他行业修复重型运输轨道上高价值部件的一种已建立的方法。

采用同轴头4千瓦IPG光纤激光器和Sultzer-Metco双-10粉末馈线包层轨道。Lai et al.(2017)详细报道了激光熔覆过程，本研究使用相同的样品。

该方法可以提高钢轨的使用寿命，减少维修时间和费用，因为维修钢轨比更换钢轨更可取。

工业合作伙伴Hardchrome是ARC连锁项目的合作伙伴，在使用激光熔覆技术制造和维修采矿部门拥有丰富的经验和专业知识。

然而，重载铁路维修对制造商来说是一个巨大的挑战，因为它们不能在工厂的受控环境中进行，而需要在澳大利亚内陆的偏远地区进行。

在发表在《材料加工技术杂志》上的研究中，他们得出结论，先进的激光技术可以用于重型运输轨道，可以减少或减轻修复关键区域的有害应力。

使用激光熔覆技术，修复的方法是使用激光技术在损坏的钢轨表面涂上不锈钢或钴基合金单层或双层。

钢轨顶部熔覆层厚度约为1.5 ~ 2 mm，远小于49 mm厚的钢轨。为了在薄熔覆层(约1 ~ 2 mm)和热影响区(HAZ)内实现高空间分辨率的残余应力测量，需要较小的测量体积。由于测量尺寸小，通过钢的路径长度大，无法使用传统的安排进行测量。在这项铁路研究中首次实施了一种替代策略。如图所示，在轨头下方钻两个盲通道孔，以减少绕射中子飞行到探测器。两个盲孔的中心轴线与顶面相交深度为10mm。

“激光熔覆可以将这些有益的材料沉积在受损区域，但也可以引入或重新分配残余应力，” Monash大学博士研究生、墨尔本地铁列车项目工程师Taposh Roy解释说。

研究人员在全尺寸轨道上的科瓦里应变扫描仪上使用中子散射来测量熔覆过程中激光产生的热量所产生的残余应力。

作为这项工作的一部分，该团队开发了一种新的程序来评估全尺寸包层钢轨厚段的残余应力。

Roy说:“只有中子可以穿透钢轨材料的深表面，在几乎没有准备的情况下，无损地测量完整的三轴应力分布。”

一段用过的钢轨显示了经过大约4年的测试后，钢轨头部左侧磨损了多少钢材。来源：ORNL/Genevieve

为了在穿过钢的大路径长度上获得小尺寸的测量，他们在样品上做了盲孔。在两个孔的中间进行测量，也避免了局部应力的扰动。

Roy说:“我们发现，采用熔覆后热处理显著降低了熔覆轨道表面和地下的残余应力。”该方法优于传统的电弧焊覆层法，后者是修复轨道磨损损伤最常用的方法。

“这些成功的内部维修试验是非常鼓舞人心的，进一步探索这种技术的应用，作为一个便携式和动员单元，可以部署解决澳大利亚偏远地区的铁路维修问题。”澳大利亚中子散射中心产业参与经理、悉尼大学联合教授Anna Paradowska说。

来源：Residual stress in laser cladded heavy-haul rails investigated byneutron diffraction, Journal of Materials Processing Technology (2019). DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2019.116511