激光清洗 | 轨道交通制造与维护的热门应用

发布时间: 2021年01月21日 浏览次数:742

硕德激光

图源:硕德激光

 

随着中国新基建进程的加快,轨道交通设备领域将进一步向轻量化、智能化、环保化迈进,激光清洗凭借其绿色环保的优势受到了越来越多的关注,对轨道交通制造工艺水平的提升起着极大的推动作用。激光清洗也成为近年来轨道交通制造的热门应用。

 

激光清洗作为一种先进技术,被认为是传统清洗工业的“颠覆者”。具有清洗干净、效率高、非接触、绿色环保等优点,清洗对象包括钢、铝合金、钛合金、玻璃和复合材料等,应用行业覆盖汽车、五金模具、建筑建材、船舶、医疗、高铁、航空航天、核电和文物保护等领域。

激光清洗

激光清洗,是指采用高能激光束照射工件表面,使得表面的污物、颗粒、锈斑等附着物发生瞬间蒸发或剥离,从而达到清洁净化的工艺过程。清洗效果需要通过激光清洗设备来实现。激光清洗设备主要部件包括计算机控制系统、激光器系统、光束调整系统等,除此之外还包括一些配套的设备:如除尘净化系统、机械手、激光诱导击穿光谱仪(LIBS)、视觉定位系统和热成像系统。

激光清洗设备系统组成

 激光清洗设备系统组成 图源:中制高科

 

激光清洗在轨道交通(地铁、城铁、高铁和动车组、普通列车等)制造、养护、维修中应用场景繁多。如转向架焊缝探伤前清洗、轮对除锈&轮对除漆、集装箱耐候钢焊道清理、铁素体不锈钢焊斑清理、车轮/轴承除锈、脱漆、铁轨清理、探伤前清理(信号导通、探伤检测、脱漆、除锈)、工件焊前焊后的清洗。

 

01 [新车制造]

 

传统的机械打磨和化学方法存在作业量大、效率低、质量一致性差、环境污染等问题,已无法满足轨道车辆制造精细化、自动化、智能化的发展,因此激光清洗技术应用在轨道新车制造中得到青睐。以不锈钢列车制造环节中的应用为例,可去除不锈钢表面油污、拉丝墙板点焊焊痕、不锈钢电弧焊后氧化、拉丝墙板激光焊残胶等,效果优异。

铝合金激光清洗复合焊接全自动机器人

铝合金激光清洗复合焊接全自动机器人

 

高效自动激光清洗技术,是通过将激光清洗装置集成于龙门式激光电弧复合焊接机器人上,对铝合金车体焊接可实现 “即清即焊、清焊一体”的高效作业。铝合金车体焊接是列车制造的关键技术,铝合金氧化膜易造成气孔、夹渣等缺陷,严重影响焊接质量,该技术能够实现铝合金表面氧化膜的快速清洗。四方股份公司已利用该技术在时速600公里高速磁浮项目中实现工程化应用。南京浦镇和四方庞巴迪公司将也激光清洗机集成至全自动弧焊机器人上,实现了城轨地铁铝合金侧墙、车顶等部件焊前清洗、随动焊接及焊后清理的自动化作业。与传统机械打磨方式相比,铝合金全自动激光清洗+焊接技术对车体长大部件表面氧化物去除更彻底,作业效率更高,焊接效果更好。

 

不锈钢多工况激光精细清洗技术也被国内外主要车辆制造厂研究应用 。该技术克服了不锈钢焊后表面易产生氧化色、黑灰的缺陷,实现了精密清洗,提升了车辆商品化。该激光清洗技术已在青岛1号线、巴西圣保罗地铁、美国芝加哥地铁等项目中实现了工程化应用。

不锈钢点焊焊痕激光清洗对比

不锈钢点焊焊痕激光清洗对比 图源:翔明激光

青岛地铁1号线激光清洗车辆      

青岛地铁1号线激光清洗车辆      

 

02 [轨道养护]

 

由于轨道常年暴露在风吹雨淋的环境中,因此,轨道生锈一直是轨道养护工作中常见的问题。为了保障列车平稳运行,铁道部门会定期进行轨道除锈工作,主要方式有人工打磨除锈和使用大型铁轨除锈打磨机。前者清理效率低、劳动强度大、清理效果不均匀,后者存在粉尘飞散、噪音污染。

激光清洗轨道效果

激光清洗轨道效果

 

激光清洗具有无研磨、非接触、无热效应和基材实用性广等特点,对轨道清洗可以实现清洗厚度精确可控、清洗质量均匀一致、检测及控制智能化的优势,提高了轨道表面清洁度,可以保全钢轨弧面形貌,减少基材损坏,消除粉尘污染,大幅降低清洗成本,改善工人作业环境。

焊后氧化膜激光清洗对比图

焊后氧化膜激光清洗对比图

 

03 [检 修]

 

轨道交通装备检修维保过程中,存在大量需要清洗的零部件。在列车维保检修中的典型零部件清洗中,激光清洗具有传统清洗方式(包括喷砂、机械打磨、高压水射流、化学试剂清洗、超声波清洗)无可比拟的清洗效果和优势。由于列车检修关键部件的油污锈蚀等污物种类多,传统清洗方式在工作环境、时间、处理效果以及成本上都不具备优势。

锐科激光

图源:锐科激光

 

激光清洗更安全、更环保、更高效、更省成本。由于激光清洗不改变基材,只是把表面的污迹、锈迹、粉尘或者残留物清除干净,因此在清洗安装或悬挂于车体外的关键部件时,能有效除去车轴、齿轮箱、制动盘、受电弓上的油污、锈蚀、油漆等污物。在齿轮清理环节相较于超声波清洗,使用成本可降低了50%。在轮对清洗方面更能使单条线节约77%的运营成本。

翔明激光

图源:翔明激光

 

2020年11月24日,国家先进轨道交通装备创新中心建设的市级“激光先进制造工程技术研究中心”在湖南株洲正式揭牌。确立激光清洗为三大主要研究方向之一,在轨道交通领域,开展激光先进制造技术的新应用,有助全面提升轨道交通装备制造水平。

 

目前欧美国家的激光清洗市场表现稳定,但由于市场空间有限,并没有表现出爆发性增长,真正的大市场在中国以及一些新兴工业国家。随着中国新基建进程的加快,激光清洗在轨道交通的制造和养护方面成为不可或缺的技术手段。由于中国拥有全球最大的高铁网络,而激光清洗在轨道交通领域应用尚处起步阶段,但其优质、高效、智能,降低了产品制造成本,提升了产线的自动化水平,未来有着巨大前景,可满足企业转型升级需求。