輪對(duì)是機(jī)車車輛與鋼軌相接觸的部分，由左右兩個(gè)車輪牢固的壓裝在同一個(gè)車軸上組成。輪對(duì)的作用是保證機(jī)車車輛在鋼軌上的運(yùn)行和轉(zhuǎn)向，承受來自機(jī)車車輛的全部靜、動(dòng)載荷，把它傳遞給鋼軌，并將因線路不平順產(chǎn)生的載荷傳遞給機(jī)車車輛各零部件。

對(duì)于高鐵動(dòng)車來說，車輪和車軸都是用沒有添加合金元素的碳素鋼制造的，而這往往會(huì)成為發(fā)生裂紋和脆性斷裂的原因，因此，高鐵在運(yùn)行一段時(shí)間后都需要進(jìn)行檢修。在檢修前，需要將輪軸及輪輻上的涂層徹底剝離下來，傳統(tǒng)的方法是采用鋼絲刷進(jìn)行打磨，此方法雖然可剝離涂層，但是效率很低，并且作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度很大，還會(huì)對(duì)輪對(duì)表面造成損傷，以至于對(duì)下一步的探傷造成影響。

高鐵動(dòng)車輪對(duì)圖，圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

激光清洗技術(shù)能有效清除輪對(duì)表面漆層，但效率偏低，厚涂層情況下清洗速度慢，局限性很大，針對(duì)目前使用的清洗方法的不足，同時(shí)也為了擴(kuò)大激光清洗的應(yīng)用范圍，提高清洗質(zhì)量、效率以及避免單純脈沖激光清洗的局限性，研發(fā)出新的清洗工藝：

脈沖激光和半導(dǎo)體激光復(fù)合清洗技術(shù)

激光復(fù)合清洗技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)不單單是兩種激光的疊加，重點(diǎn)體現(xiàn)在能量的利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩種熱源的簡(jiǎn)單相加。

激光復(fù)合清洗原理

激光復(fù)合清洗技術(shù)是激光清洗的又一新發(fā)展方向，是通過脈沖激光與半導(dǎo)體激光相互作用形成的一種增強(qiáng)適應(yīng)性的清洗方法，在處理基材表面附著物（污垢、氧化皮、銹斑、有機(jī)涂層等）過程中，半導(dǎo)體激光大光斑輻照附著物表面，表面吸收能量均等分布的激光產(chǎn)生熱能，使金屬材料和附著物之間形成熱膨脹壓力，降低兩者之間結(jié)合力。當(dāng)脈沖激光輸出高能激光束時(shí)，產(chǎn)生的振動(dòng)沖擊波直接使結(jié)合力不強(qiáng)的附著物脫離金屬表面，實(shí)現(xiàn)激光快速清洗。

與其他激光器相比，半導(dǎo)體激光器光斑能量分布均勻，能夠?qū)崿F(xiàn)激光能量緩慢下降呈梯度變化，半導(dǎo)體激光器在清洗過程中作為熱傳導(dǎo)輸出，通過調(diào)節(jié)激光功率和輻射時(shí)間熔化和加熱金屬材料附著物，使金屬材料和附著物之間形成熱膨脹壓力，減小兩者之間結(jié)合力，附著物更容易脫離金屬表面，實(shí)現(xiàn)激光清洗。

激光復(fù)合清洗原理圖

實(shí)際應(yīng)用案例

為了體現(xiàn)激光復(fù)合清洗技術(shù)相對(duì)于激光清洗技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，我們進(jìn)行了輪對(duì)涂層除漆清洗測(cè)試，同時(shí)采用500W脈沖激光清洗對(duì)比300W脈沖激光搭配1500W半導(dǎo)體激光器進(jìn)行清洗測(cè)試，設(shè)備和實(shí)驗(yàn)樣品信息如下：

清洗要求：

1 、清洗過程中不能出現(xiàn)氧化條紋；
 

2、清洗一根輪對(duì)軸的時(shí)間控制在10min內(nèi)；在激光復(fù)合清洗測(cè)試之前，需要對(duì)輪對(duì)軸表面的雙組分環(huán)氧樹脂進(jìn)行測(cè)厚，分別測(cè)試軸的四個(gè)區(qū)域的厚度，然后計(jì)算平均厚度，如下表所示： 

針對(duì)厚度為150-250μm環(huán)氧樹脂涂層材料，我們做了如下兩組測(cè)試：

測(cè)試

1、500W脈沖激光清洗環(huán)氧樹脂涂層材料時(shí)，使用焦距為160mm的場(chǎng)鏡，掃描速度為6m/s，重復(fù)頻率選擇20KHz，掃描寬度為80mm，210r/min，每分鐘輪對(duì)的轉(zhuǎn)速為210轉(zhuǎn)。

500W 脈沖光纖激光器

清洗后測(cè)量了輪對(duì)正面和反面的溫度，分別為40℃和30℃，清洗效率為1.5m2/h。清洗效果圖片如下圖：

測(cè)試

2、300W搭配1500W半導(dǎo)體激光器清洗環(huán)氧樹脂涂層材料時(shí)，掃描速度為8m/s，掃描寬度為80mm，占空比為20%，調(diào)制頻率為2000Hz,半導(dǎo)體激光光束與脈沖激光光束間的間隔設(shè)置為3mm.

300W 脈沖光纖激光器

1500W 光纖輸出半導(dǎo)體激光器

清洗后測(cè)量了輪對(duì)正面和反面的溫度，分別為39℃和30℃，清洗效率為8.5m2/h。清洗效果圖片如下圖：

結(jié)論

根據(jù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)效果及數(shù)據(jù)分析，我們得出如下結(jié)論：

在復(fù)合清洗建議采用調(diào)制模式來清洗涂層，連續(xù)模式輸入熱量過大，會(huì)造成工件的熱變形，此次測(cè)試采用調(diào)制模式進(jìn)行清洗，工件表面的溫度低于45℃，這個(gè)溫度不會(huì)對(duì)軸有所影響；

在復(fù)合清洗過程中，建議采用脈沖激光與半導(dǎo)體激光光束間隔3-5mm，用以減少熱累積和提高清洗效率。