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

對于高鐵動車來說，車輪和車軸都是用沒有添加合金元素的碳素鋼制造的，而這往往會成為發(fā)生裂紋和脆性斷裂的原因，因此，高鐵在運行一段時間后都需要進行檢修。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)人員勞動強度很大，還會對輪對表面造成損傷，以至于對下一步的探傷造成影響。

高鐵動車輪對圖，圖片來源于網絡

激光清洗技術能有效清除輪對表面漆層，但效率偏低，厚涂層情況下清洗速度慢，局限性很大，針對目前使用的清洗方法的不足，同時也為了擴大激光清洗的應用范圍，提高清洗質量、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：

脈沖激光和半導體激光復合清洗技術

激光復合清洗技術的優(yōu)點不單單是兩種激光的疊加，重點體現在能量的利用率遠遠大于兩種熱源的簡單相加。

激光復合清洗原理

激光復合清洗技術是激光清洗的又一新發(fā)展方向，是通過脈沖激光與半導體激光相互作用形成的一種增強適應性的清洗方法，在處理基材表面附著物（污垢、氧化皮、銹斑、有機涂層等）過程中，半導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，降低兩者之間結合力。當脈沖激光輸出高能激光束時，產生的振動沖擊波直接使結合力不強的附著物脫離金屬表面，實現激光快速清洗。

與其他激光器相比，半導體激光器光斑能量分布均勻，能夠實現激光能量緩慢下降呈梯度變化，半導體激光器在清洗過程中作為熱傳導輸出，通過調節(jié)激光功率和輻射時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，減小兩者之間結合力，附著物更容易脫離金屬表面，實現激光清洗。

激光復合清洗原理圖

實際應用案例

為了體現激光復合清洗技術相對于激光清洗技術的優(yōu)勢，我們進行了輪對涂層除漆清洗測試，同時采用500W脈沖激光清洗對比300W脈沖激光搭配1500W半導體激光器進行清洗測試，設備和實驗樣品信息如下：

清洗要求：

1 、清洗過程中不能出現氧化條紋；
 

2、清洗一根輪對軸的時間控制在10min內；在激光復合清洗測試之前，需要對輪對軸表面的雙組分環(huán)氧樹脂進行測厚，分別測試軸的四個區(qū)域的厚度，然后計算平均厚度，如下表所示： 

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

測試

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

500W 脈沖光纖激光器

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

測試

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

300W 脈沖光纖激光器

1500W 光纖輸出半導體激光器

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

結論

根據測試實驗效果及數據分析，我們得出如下結論：

在復合清洗建議采用調制模式來清洗涂層，連續(xù)模式輸入熱量過大，會造成工件的熱變形，此次測試采用調制模式進行清洗，工件表面的溫度低于45℃，這個溫度不會對軸有所影響；

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