激光清洗技术在动车组检修中的应用研究

激光清洗技术在动车组检修中的应用研究

宋秀平陈正华

关键词：科学技术;部件清洗;提供参考;分析与研究;硬度与粗糙度

以往的清洗采用的是化学剂还有机械法。但是，化学药剂的使用对我国的环境造成了极大的损害。机械法还受到清洗材质的限制。但是激光清洗不仅能够实现自动化控制的目标，而且还能够远距离遥控。除此之外，这种方法还非常有效率，并且很方便，对环境的影响还很少。对操作工作人员的损害也比较低。目前，我国现阶段应用最多的就是激光清洗，其实我国最绿色的清洗技术。在清洗领域，其占有很高的地位。其主要工作原理就是，材质表面经过高能激光束照射，在高温的环境之下，瞬间蒸发或者剥离掉其表面的污染物。能够很快的出去材质表面的附着物和涂层的工艺。以下将对主要的激光清洗方法进行阐述。第一，去除污垢采用激光干洗的方式，通过脉冲激光的作用。第二，激光辐射时，液膜高温瞬间爆炸，在材质表面沉积一层膜。第三，当沉积被激光辐射去除时，用惰性气体吹基体表面时，污垢被剥离后瞬间被气体吹走，减少了第二次污染的机会。第四，通过运用非腐蚀性化学方法清洗干净，因为激光辐射是材质表面污垢非常松散。

一、概述

动车组的例行检查一定要定时进行。在检修的过程中，其中个别铝合金轴箱体零部件安装面有着很严重的锈蚀情况。当下，我国目前采用最多的除锈方法是机械方法。这样的方法破坏轴箱体基材比较多，令轴箱体尺寸超差。其次，非常耗时间。并且需要很长的工作时间，增加了时间成本。下文，通过对激光清洗技术对铝合金轴箱体安装表面进行清洗，进而研究激光清洗技术对其安装表面的效果，最后分析激光清洗技术对铝合金轴箱体基材性能的影响。

二、研究内容及讨论

2.1激光清洗工艺采用100W激光清洗机对铝合金轴箱体零部件安装面表面锈蚀部位进行清洗，由于锈蚀部位凹坑不均匀，需从四个方向对零部件安装面进行清洗，清洗时间约需15min。清洗过程中采用红外热成像分析仪对轴箱体零部件安装面表面温度进行检测，清洗过程中零部件安装面表面温度在50℃～100℃。清洗时零部件安装面温度较低，且清洗时间短，不会引起轴箱体显微组织改变。

2.2清洗效果分析激光清洗后，零部件安装面表面锈蚀有效被去除，铝合金轴箱体零部件安装面露出金属光泽。铝合金极易氧化，清洗前零部件安装面表面被氧化膜均匀覆盖，可以通过零部件安装面表面氧含量的变化评价激光清洗效果。激光清洗后，零部件安装面零部件安装面表面均匀的氧化膜被脉冲激光破坏，露出铝合金基材。激光清洗前，氧元素占整体元素重量的8.31%，而激光清洗后氧元素占整体元素重量的3.31%，降至激光清洗前的1/3。表面元素分析结果表明，激光清洗技术可以有效去除轴箱体零部件安装面表面氧化膜。

2.3激光清洗对铝合金轴箱体性能的影响

2.3.1单次清洗母材损失厚度在铝合金轴箱体上切取清洗厚度测量试样并在试样上刻画基准线。清洗前后分别测量试样表面到基准线的距离，进而计算单次激光清洗铝合金母材损失厚度，单次激光清洗；铝合金母材损失厚度约为17.5μm，可忽略不计。且随着清洗次数的增加，母材损失厚度将逐渐减少。

2.3.2金相组织使用光学显微镜对激光清洗后的铝合金轴箱体试样进行金相观察，在激光清洗后，基材表面呈现处层状分布的硬化层，硬化层厚度约为9～30μm。硬化层呈压应力状态，可以略微提高铝合金表面硬度，并对铝合金抗氧化能力有一定的提升作用。

2.3.3硬度使用维氏显微硬度计测量激光清洗前后的轴箱体零部件安装面的显微硬度，显微硬度结果如表4所示，清洗前工件表面硬度值平均为161.8HV，清洗后表面硬度值略有上升，平均值达到164.7HV。

2.3.4粗糙度使用表面粗糙度测量仪测量激光清洗前后轴箱体零部件安装面的表面粗糙度，激光清洗前工件锈蚀表面粗糙度值（Ra）平均为4.96，清洗后表面粗糙度值（Ra）平均为5.01，表面粗糙度几乎无变化。

2.3.5拉伸强度对激光清洗前后的轴箱体进行拉伸试验，分析激光清洗对轴箱体抗拉性能的影响，激光清洗前后轴箱体应力应变曲线如图5所示，激光清洗前，轴箱体母材的屈服强度平均为463.8MPa，抗拉强度平均为504.037MPa；经过激光清洗后的轴箱体母材平均屈服强度为472.788MPa，抗拉强度为512.077MPa。由以上实验结果可知，激光清洗后轴箱体母材的抗拉性能略有提升。

2.3.6弯曲性能对激光清洗前后的轴箱体试样进行弯曲试验，压头直径为30mm，滚轴间距为46mm，将激光清洗前后的铝合金轴箱体试样弯曲180°，试样均无裂纹产生。经过激光清洗后试样的弯曲强度平均为1980MPa；未处理试样的弯曲强度平均为1780MPa。激光清洗后铝合金试样的最大弯曲服强度相比未清洗铝合金试样弯曲强度略有增加，弯曲性能良好。

三、结束语

通过对上文的研究与分析可知，通过对激光清洗技术对铝合金轴箱体零部件的效果进行分析，从各个角度得出以下的结论。第一，激光清洗技术能够很好的对铝合金轴箱体零部件安装表面进行清除锈蚀，经过清洁工作之后，铝合金轴箱体安装表面显得非常有光泽。安装表面的含氧量降低至以往的三分之一左右。第二，单次激光清洗母材损失的厚度大约为十七点五微米作用。在清洗工作时，零部件的表面温度大约维持在五十到一百度。清洗工作完成之后，其表面会有九到三十微米的硬化层。对铝合金轴箱体的耐锈蚀能力很强。第三，这种技术对铝合金轴箱体基材的硬度还有其表面的粗糙度都没有什么影响。并且对其拉伸性还有弯曲性都有很好的提升。作为一种新型的激光表面处理技术，在这十年，对我国清洗领域的发展有很好的促进作用。随着我国对激光清洗技术的不断深入，这种技术在我国逐渐成熟起来。目前成套的激光清洗商品已经开始出售。随着激光设备的性能不断提高和价格的不断下降，激光清洗技术将更广泛的应用于人类的生产生活当中。

参考文献：

[1]牛富杰,齐先胜.激光清洗技术在动车组检修中的应用研究[J].中国高新科技，2017(11).

[2]苏春洲,栾晓雨,王海军,袁晓东,叶亚云.激光清洗技术的初步研究和应用[J].科技资讯，2013(26).