技術(shù)干貨 | 激光清洗技術(shù)在機車制動盤制造檢修中的應(yīng)用分析

隨著我國相關(guān)立法和規(guī)章制度的規(guī)范越來越嚴(yán)格，環(huán)保成為工業(yè)中十分重要的考量指標(biāo)。傳統(tǒng)清洗技術(shù)很難滿足環(huán)保的高要求，激光清洗技術(shù)作為一種新型、綠色、高效的清洗方式逐漸得到社會的廣泛關(guān)注。

本文著眼激光清洗技術(shù)在機車制動盤檢修中的應(yīng)用，通過實驗數(shù)據(jù)分析論證該應(yīng)用的實際效果。

1.激光清洗與傳統(tǒng)制動盤清洗方法的比較

現(xiàn)階段，制動盤檢修依靠人力，耗時耗力，機械打磨過程中產(chǎn)生的粉塵和噪音對人員健康造成極大危害。同時，檢修人員技能參差不齊，極易發(fā)生清洗不徹底或是打磨過度的情況，導(dǎo)致零件損傷過大。機車制動盤全自動激光清洗技術(shù)，可有效減少人工，減輕人工勞動強度，長時間工作時仍能保持穩(wěn)定工作狀態(tài)。

加工質(zhì)量方面，制動盤全自動激光智能清洗機清洗質(zhì)量均勻、一致性強，對零件尺寸幾乎無損傷，有效提高制動盤的使用壽命；環(huán)境保護方面，清洗系統(tǒng)不產(chǎn)生廢液、廢氣、噪音等污染，有利于環(huán)境保護和工人身心健康；社會經(jīng)濟效益方面，該系統(tǒng)能極大地減少人工成本，減少打磨頭等耗材損耗。盡管該設(shè)備一次投入成本高，但從長遠(yuǎn)效益考慮，激光清洗的經(jīng)濟效益必將遠(yuǎn)高于人工打磨。

2.清洗設(shè)備與對象

實驗中使用的激光清洗系統(tǒng)由光纖激光器、光束整形系統(tǒng)、機器人、工作臺以及輔助設(shè)備構(gòu)成。該激光清洗設(shè)備采用的光纖激光器清洗機內(nèi)置冷卻系統(tǒng)，光束質(zhì)量好，使用壽命長，性能穩(wěn)定免維護，可廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域的激光清洗中。激光清洗過程中使用吸塵裝置，將剝離的銹蝕顆粒進(jìn)行收集，防止對材料表面造成污染，保證良好的工作環(huán)境。

圖1 機車制動盤全自動激光清洗設(shè)備

制動盤所用材料為Q345E，根據(jù)國標(biāo)GB8923-88的標(biāo)準(zhǔn)，對零件銹蝕程度進(jìn)行判斷，發(fā)現(xiàn)鋼材表面已發(fā)生銹蝕，并且部分氧化皮有銹蝕，因此判斷零件銹蝕等級為B級。經(jīng)多次取平均值，測量得到銹層平均厚度約為23μm（如下圖2）。通過材料表面銹蝕程度分析，發(fā)現(xiàn)表面銹蝕程度不均勻，這是由于制動盤在工作運行中對表面的磨損與銹蝕程度不同造成的。

 圖2 制動盤銹蝕試樣以及銹層厚度

3.激光清洗后對制動盤的質(zhì)量分析

工藝參數(shù)優(yōu)化后，對激光清洗后的材料與母材性能進(jìn)行對比分析，研究激光清洗對制動盤表面的作用與影響。

3.1 外形尺寸

經(jīng)過激光清洗后，制動盤整體尺寸未發(fā)生顯著變化（如下圖3），在電子顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)清洗前后兩側(cè)表面高度差約為22.78μm。在誤差允許的范圍內(nèi)，經(jīng)過激光清洗可有效去除表面銹蝕，且并未對零件尺寸產(chǎn)生明顯改變，不影響制動盤使用精度，達(dá)到清洗要求。

圖3 未清洗表面與激光清洗表面對比

3.2 表面硬度測試

使用華銀數(shù)顯顯微硬度計對激光除銹后的基材表面進(jìn)行硬度測試。其中，試驗力為2.942N，保荷時間為15s，為了保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，在每個樣品的不同部位測三個點，求平均值測得實驗結(jié)果。

圖4 清洗前后碳鋼表面的硬度值

通過清洗前后基材表面硬度值的分布趨勢進(jìn)行分析。依據(jù)上圖4，清洗后基材表面硬度值分布趨勢較為波動，但是硬度平均值高于母材的硬度值?？梢园l(fā)現(xiàn)經(jīng)過激光清洗兩次后的表面顯微硬度與母材相比提高了約8%。激光除銹能提高碳鋼表面的硬度，對防止碳鋼再次氧化和表面強化具有重要意義。

3.3 X射線熒光元素分析

利用X射線熒光光譜分析技術(shù)對激光清洗前后制動盤表面元素含量進(jìn)行測量，測量數(shù)據(jù)見表1，對比發(fā)現(xiàn)激光清洗前制動盤銹蝕表面氧元素含量高達(dá)15.302%，而激光清洗后氧元素含量僅為3.340%，含量顯著下降78.1%，由此可知，激光清洗對制動盤表面氧化膜及銹蝕有著明顯的去除清洗作用。

表1 激光清洗前后Fe與O元素含量變化

3.4 表面金相結(jié)構(gòu)分析

如下圖5，制動盤表面未進(jìn)行激光清洗前表面被不均勻銹蝕覆蓋，經(jīng)過最佳激光清洗工藝清洗后，基材表面銹蝕被去除，亮斑相互重疊，在表面形成相互重疊的一個個凹坑，將原本銹蝕的區(qū)域清洗干凈。此外，觀察激光清洗后的表面放大500倍，可以看到表面被圓形的亮斑覆蓋形成圓形的清洗區(qū)域，凹坑中部的銹層基本上被清除干凈，并呈現(xiàn)均勻的亮澤。凹坑邊緣部分呈現(xiàn)環(huán)狀凸起形貌，原因是脈沖激光劇烈的沖擊作用下，凹坑中部的金屬流向邊緣處并且堆積起來形成環(huán)狀，相鄰凹坑的環(huán)形部分呈現(xiàn)均勻搭接堆疊，且?guī)缀醪淮嬖阡P斑，表面完全清洗干凈。3.4 表面金相結(jié)構(gòu)分析

清洗前100倍放大圖

清洗后100倍放大圖 

清洗后500倍放大圖

圖5 制動盤激光清洗前后對比表面

4.結(jié)語

通過各項實驗數(shù)據(jù)，證明機車制動盤全自動激光清洗設(shè)備可用于機車制動盤表面除銹、除表面污染物、去油污，且去除效果好，清洗后對零件本身性能影響小，能滿足機車制動盤維保檢修的需求。

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