高速铁路目前正在各个地区不断建设,并进入了黄金发展期。但随着运行线路和建设里程的持续增多,轨道的轻微损伤也频繁发生。针对轻伤钢轨出现的侧磨、剥离、擦伤、硌伤等损伤,以激光熔丝坡口填充增材的方式对钢轨表面进行模拟修复。以60kg/m的U75V钢轨为试验基板,分别对轨头和轨腰部分的金相组织、力学、硬度、抗磨等性能进行分析,结合钢轨成分与焊补标准文件的要求,选用合适铁基合金实芯丝材,并结合热处理工艺制定试验方案。以正交试验探索单层单道增材基础工艺,并以此进行参数的单一变量试验,获得宏观外形和截面质量优良的单道熔覆层,随后,进行搭接率和竖直抬升量的工艺试验,获得优化的增材堆积层;以单一变量试验方式开展坡口填充试验,探索大功率激光下匹配的各项工艺参数,并对不同抬升高度和填充层数进行分析。激光熔丝增材的堆积优化参数为:激光功率3250W,送丝速度1200mm/min,扫描速度500mm/min,搭接率50%,竖直抬升量1.2mm,保护气流量20L/min;坡口填充参数为:激光功率5000W,送丝速度2200mm/min,扫描速度500mm/min,抬升高度1.2mm,保护气流量20L/min。分别对基材预热前后的最佳增材熔覆层以及坡口填充层进行组织分析,并开展不同参数的回火热处理研究,将回火热处理后的增材熔覆层与钢轨母材进行性能对比,研究熔覆层各主要性能的变化规律。分析结果表明:增材多层熔覆区组织主要由柱状晶和等轴晶构成,填充区主要由奥氏体组织构成,预热处理并不能完全消除热影响区出现的粗针马氏体;600℃高温回火热处理后,马氏体完全转变为回火索氏体,熔覆区和填充区的硬度与钢轨差距小于20%,但耐磨性能明显弱于母轨,抗拉强度和伸长率都超过母材标准GB/T 2585-2007中的规定值,抗拉能力有所增加,但抗冲击性能略有降低,各项主要性能均能满足钢轨修补条件TB/T 1632-2005要求。