技術(shù)干貨 | 激光清洗技術(shù)在機車(chē)制動(dòng)盤(pán)制造檢修中的應用分析

隨著(zhù)我國相關(guān)立法和規章制度的規范越來(lái)越嚴格，環(huán)保成為工業(yè)中十分重要的考量指標。傳統清洗技術(shù)很難滿(mǎn)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(huì )的廣泛關(guān)注。

本文著(zhù)眼激光清洗技術(shù)在機車(chē)制動(dòng)盤(pán)檢修中的應用，通過(guò)實(shí)驗數據分析論證該應用的實(shí)際效果。

1.激光清洗與傳統制動(dòng)盤(pán)清洗方法的比較

現階段，制動(dòng)盤(pán)檢修依靠人力，耗時(shí)耗力，機械打磨過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵和噪音對人員健康造成極大危害。同時(shí)，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(guò)度的情況，導致零件損傷過(guò)大。機車(chē)制動(dòng)盤(pán)全自動(dòng)激光清洗技術(shù)，可有效減少人工，減輕人工勞動(dòng)強度，長(cháng)時(shí)間工作時(shí)仍能保持穩定工作狀態(tài)。

加工質(zhì)量方面，制動(dòng)盤(pán)全自動(dòng)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(wú)損傷，有效提高制動(dòng)盤(pán)的使用壽命；環(huán)境保護方面，清洗系統不產(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(huì )經(jīng)濟效益方面，該系統能極大地減少人工成本，減少打磨頭等耗材損耗。盡管該設備一次投入成本高，但從長(cháng)遠效益考慮，激光清洗的經(jīng)濟效益必將遠高于人工打磨。

2.清洗設備與對象

實(shí)驗中使用的激光清洗系統由光纖激光器、光束整形系統、機器人、工作臺以及輔助設備構成。該激光清洗設備采用的光纖激光器清洗機內置冷卻系統，光束質(zhì)量好，使用壽命長(cháng)，性能穩定免維護，可廣泛應用于眾多領(lǐng)域的激光清洗中。激光清洗過(guò)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(chē)制動(dòng)盤(pán)全自動(dòng)激光清洗設備

制動(dòng)盤(pán)所用材料為Q345E，根據國標GB8923-88的標準，對零件銹蝕程度進(jìn)行判斷，發(fā)現鋼材表面已發(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(guò)材料表面銹蝕程度分析，發(fā)現表面銹蝕程度不均勻，這是由于制動(dòng)盤(pán)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(dòng)盤(pán)銹蝕試樣以及銹層厚度

3.激光清洗后對制動(dòng)盤(pán)的質(zhì)量分析

工藝參數優(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(dòng)盤(pán)表面的作用與影響。

3.1 外形尺寸

經(jīng)過(guò)激光清洗后，制動(dòng)盤(pán)整體尺寸未發(fā)生顯著(zhù)變化（如下圖3），在電子顯微鏡下觀(guān)察發(fā)現清洗前后兩側表面高度差約為22.78μm。在誤差允許的范圍內，經(jīng)過(guò)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(dòng)盤(pán)使用精度，達到清洗要求。

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(shí)間為15s，為了保證試驗結果的準確性，在每個(gè)樣品的不同部位測三個(gè)點(diǎn)，求平均值測得實(shí)驗結果。

圖4 清洗前后碳鋼表面的硬度值

通過(guò)清洗前后基材表面硬度值的分布趨勢進(jìn)行分析。依據上圖4，清洗后基材表面硬度值分布趨勢較為波動(dòng)，但是硬度平均值高于母材的硬度值?？梢园l(fā)現經(jīng)過(guò)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(xiàn)熒光元素分析

利用X射線(xiàn)熒光光譜分析技術(shù)對激光清洗前后制動(dòng)盤(pán)表面元素含量進(jìn)行測量，測量數據見(jiàn)表1，對比發(fā)現激光清洗前制動(dòng)盤(pán)銹蝕表面氧元素含量高達15.302%，而激光清洗后氧元素含量?jì)H為3.340%，含量顯著(zhù)下降78.1%，由此可知，激光清洗對制動(dòng)盤(pán)表面氧化膜及銹蝕有著(zhù)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 表面金相結構分析

如下圖5，制動(dòng)盤(pán)表面未進(jìn)行激光清洗前表面被不均勻銹蝕覆蓋，經(jīng)過(guò)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(gè)個(gè)凹坑，將原本銹蝕的區域清洗干凈。此外，觀(guān)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域，凹坑中部的銹層基本上被清除干凈，并呈現均勻的亮澤。凹坑邊緣部分呈現環(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(lái)形成環(huán)狀，相鄰凹坑的環(huán)形部分呈現均勻搭接堆疊，且幾乎不存在銹斑，表面完全清洗干凈。3.4 表面金相結構分析

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(dòng)盤(pán)激光清洗前后對比表面

4.結語(yǔ)

通過(guò)各項實(shí)驗數據，證明機車(chē)制動(dòng)盤(pán)全自動(dòng)激光清洗設備可用于機車(chē)制動(dòng)盤(pán)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(mǎn)足機車(chē)制動(dòng)盤(pán)維保檢修的需求。

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