激光清洗進(jìn)入高鐵行業(yè)，“清焊一體化”促進(jìn)高鐵清洗智能升級(jí)

“這臺(tái)設(shè)備將清洗頭與焊槍集成在一起，前方清洗頭進(jìn)行焊前清洗，焊槍跟隨其后完成焊接。緊接著，焊槍由終點(diǎn)回到起點(diǎn)的過(guò)程中，又連帶清洗頭完成了焊后清洗?！痹谥袊?guó)中車(chē)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中國(guó)中車(chē)”）的某主機(jī)廠內(nèi)，正在高鐵車(chē)體生產(chǎn)線上進(jìn)行焊接的工作人員介紹了進(jìn)入高鐵生產(chǎn)制造領(lǐng)域的一種新型清洗設(shè)備——清焊一體設(shè)備。相比人工清洗，新型設(shè)備節(jié)省了焊前40分鐘和焊后20分鐘的清洗時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率。

清焊一體設(shè)備正在作業(yè)中

這一便捷、高效的清洗設(shè)備背后所依托的，正是近年來(lái)在國(guó)內(nèi)高端制造行業(yè)逐漸普及的激光清洗技術(shù)。這一技術(shù)解決了困擾行業(yè)多年的人工清洗效率低、清洗質(zhì)量得不到保證、難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等問(wèn)題，以自動(dòng)化集成的方式推進(jìn)高鐵清洗的智能化升級(jí)，節(jié)省了時(shí)間、人力和耗材，以科技創(chuàng)新提升了高鐵制造的效率。

傳統(tǒng)清洗方式“痼疾”難除

8月24日舉行的國(guó)務(wù)院新聞發(fā)布會(huì)中提到，黨的十八大以來(lái)，高速鐵路新增投產(chǎn)3.1萬(wàn)公里，復(fù)線率59.5%、電化率72.8%，均位居世界首位，高鐵成為代表“中國(guó)創(chuàng)造”和“中國(guó)制造”的一張名片。但令人感到意外的是，在這樣一個(gè)先進(jìn)制造行業(yè)中，清洗方式卻還以人工作業(yè)為主，由此導(dǎo)致各種弊端：人工清洗以工人操作砂輪打磨完成，難以保證效果的一致性；人工清洗勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，會(huì)造成人力成本的提升；人工打磨還會(huì)造成車(chē)間的噪音污染和粉塵污染，對(duì)于操作人員來(lái)說(shuō)，則會(huì)對(duì)身體健康造成傷害。

因此，在高鐵需求量和規(guī)模越來(lái)越大的今天，清洗技術(shù)的升級(jí)轉(zhuǎn)型顯得愈發(fā)迫切。事實(shí)上，高鐵制造行業(yè)尋找高效清洗方式的腳步一直沒(méi)有停歇，化學(xué)清洗作為人工清洗的補(bǔ)充和替代出現(xiàn)在高鐵清洗領(lǐng)域。所謂化學(xué)清洗，就是使用酸堿、丙酮、酒精等化學(xué)試劑擦拭需要清洗的部件。這一方式雖然促進(jìn)了效率提升，但同時(shí)也造成了污染。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的重視度不斷提高，化學(xué)清洗在高鐵制造中的使用也越來(lái)越少，目前人工清洗仍占主流。

工人手持砂輪進(jìn)行人工清洗

激光清洗技術(shù)+針對(duì)性升級(jí)，解決人工操作難題

人工清洗效率低下、效果難以統(tǒng)一、勞動(dòng)強(qiáng)度大，化學(xué)清洗又存在高污染，因此尋找新的替代清洗方式成為高鐵制造企業(yè)的重要任務(wù)。面對(duì)市場(chǎng)痛點(diǎn)，激光清洗作為工業(yè)清洗的新興方式開(kāi)始在國(guó)內(nèi)嶄露頭角，其具有清洗干凈、效率高、非接觸、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，不但可以用來(lái)清洗有機(jī)污染物，也可以用來(lái)清洗無(wú)機(jī)物，應(yīng)用范圍涉及除銹、去除氧化膜、脫漆、去油污、除膠、去鍍層涂層等，在高端設(shè)備制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。深刻影響全球科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。近年來(lái)，近十年來(lái)，雖然激光清洗在高端制造行業(yè)得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用，但期待清洗方式升級(jí)的高鐵行業(yè)卻還未注意到這一新型清洗方式，直到2016年，中國(guó)中車(chē)的工程師與一家激光清洗企業(yè)交流焊接工藝時(shí)，提出了清洗難題：“有些部件焊接以后表面有一層黑灰狀氧化物，需要工人打磨掉，但是有一些地方非常狹窄，工人很難操作?！边@位工程師希望激光清洗能幫他解決問(wèn)題。

這家激光清洗企業(yè)名為翔明激光，是一家來(lái)自于于華中科技大學(xué)的科技成果產(chǎn)業(yè)化公司，創(chuàng)始人王春明是華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，他的研究方向正是激光加工技術(shù)。2016年，王春明創(chuàng)立翔明激光，專(zhuān)注于激光清洗工藝研發(fā)與裝備制造，成功研發(fā)了焦點(diǎn)保持系統(tǒng)、邊緣控光系統(tǒng)、光束勻化整形系統(tǒng)、防抖動(dòng)、高允差技術(shù)等專(zhuān)利技術(shù)，形成了一系列激光清洗的關(guān)鍵技術(shù)群，并在實(shí)踐中建立了各類(lèi)基材和各類(lèi)污染物的激光清洗工藝庫(kù)。

人工清洗粉塵遍布，工人必須“全副武裝”

當(dāng)中國(guó)中車(chē)尋求幫助的時(shí)候，翔明激光的激光清洗技術(shù)已經(jīng)在飛機(jī)制造領(lǐng)域得到了應(yīng)用，并且取得了成功經(jīng)驗(yàn)。翔明激光敏銳地感覺(jué)到，這正是激光清洗進(jìn)入高鐵領(lǐng)域的契機(jī)。于是，他們向中國(guó)中車(chē)的工程師表示：“我們可以用激光清洗技術(shù)嘗試一下。”

為了利用激光清洗技術(shù)解決中國(guó)中車(chē)工程師提出的清洗難題，在此后的2~3年間，翔明激光針對(duì)高鐵制造應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)激光清洗技術(shù)做了多項(xiàng)改進(jìn)研發(fā)，開(kāi)發(fā)出了應(yīng)用于高鐵車(chē)體焊接的焊前焊后清洗技術(shù)，也就是目前已廣泛應(yīng)用的清焊一體設(shè)備。然而，這一設(shè)備的應(yīng)用也并非一帆風(fēng)順，而在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題中不斷升級(jí)的過(guò)程。

清焊一體設(shè)備首先遇到的問(wèn)題是金屬飛濺對(duì)光學(xué)鏡頭的損害：焊接產(chǎn)生的金屬飛濺可能會(huì)接觸到激光清洗頭，而清洗頭由光學(xué)鏡片組成，高熱量的金屬飛濺會(huì)對(duì)其造成損害。針對(duì)這一問(wèn)題，翔明激光開(kāi)發(fā)了鏡頭自主防護(hù)功能，避免金屬飛濺帶來(lái)的光學(xué)鏡頭損傷，保證激光清洗設(shè)備的穩(wěn)定工作。

高鐵制造中產(chǎn)生的焊后氧化物

隨著清焊一體設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越普及，設(shè)備經(jīng)常處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，引發(fā)了高鐵生產(chǎn)企業(yè)對(duì)其穩(wěn)定性和安全性的擔(dān)憂(yōu)：激光束掃射角度一旦出現(xiàn)偏差，就會(huì)對(duì)周?chē)藛T的安全造成極大威脅。因此，翔明激光又為設(shè)備增加了安全防護(hù)功能，一旦激光束出現(xiàn)傾斜，激光設(shè)備會(huì)自動(dòng)關(guān)停，保證周邊操作人員的安全。

經(jīng)過(guò)一系列技術(shù)改造和升級(jí)，清焊一體設(shè)備在2018年進(jìn)入正式應(yīng)用階段。激光清洗技術(shù)成功應(yīng)用于高鐵行業(yè)，困擾高鐵制造工程師多年的清洗問(wèn)題終于得到了初步解決。并且，隨著5G、人工智能、智慧城市等新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新平臺(tái)蓬勃興起，中國(guó)正在積極推進(jìn)工業(yè)制造的智能化、數(shù)字化升級(jí)，而清焊一體設(shè)備所具有的自動(dòng)化集成特點(diǎn)，大大促進(jìn)了高鐵生產(chǎn)中清洗工序的智能化，使得高鐵行業(yè)全流程智能制造升級(jí)得到進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

激光清洗為高鐵制造清洗提質(zhì)增效

由于技術(shù)的領(lǐng)先性和完備性，翔明激光清焊一體設(shè)備的出貨量已到達(dá)50~60臺(tái)，進(jìn)入批量生產(chǎn)狀態(tài)，目前在國(guó)內(nèi)高鐵領(lǐng)域的激光清洗市場(chǎng)中已占據(jù)絕大部分份額?！叭ツ甑浇衲辏覀兊某鲐浟糠?，這證明激光清洗技術(shù)在高鐵領(lǐng)域獲得了認(rèn)可?！毕杳骷す飧笨偨?jīng)理王軍表示。

高鐵生產(chǎn)制造企業(yè)對(duì)源于清焊一體設(shè)備的認(rèn)可源于其應(yīng)用價(jià)值。與人工清洗相比，清焊一體設(shè)備除了大大節(jié)省人工焊前與焊后的單獨(dú)清洗時(shí)間之外，還從多個(gè)角度為高鐵制造清洗帶來(lái)了革新：首先，清焊一體設(shè)備是進(jìn)行在線清洗，節(jié)省了人工打磨所需的60平米打磨空間，并且大幅降低了人工成本，人工打磨每個(gè)車(chē)體起碼需要2個(gè)打磨工；其次，清焊一體設(shè)備自帶的收集裝置使得清洗現(xiàn)場(chǎng)“一洗如新”，告別了人工打磨粉塵遍布的歷史；另外，與化學(xué)清洗加打磨相比，清焊一體設(shè)備節(jié)省了耗材費(fèi)用，王軍解釋道：“經(jīng)統(tǒng)計(jì)，化學(xué)清洗加打磨一節(jié)車(chē)體需要88元耗材費(fèi)用，而我們激光清洗主要是用電，折算下來(lái)一節(jié)車(chē)體清洗費(fèi)用僅2.5元。按照一條生產(chǎn)線一年生產(chǎn)幾千節(jié)車(chē)體來(lái)計(jì)算，僅一條生產(chǎn)線每年就可為廠家節(jié)省幾十萬(wàn)費(fèi)用?！?/p>

翔明激光研制清焊一體化設(shè)備應(yīng)用于高鐵制造

激光清洗有望成為高鐵行業(yè)主流清洗方式

雖然已經(jīng)取得了階段性成功，但激光清洗在高鐵領(lǐng)域的全面普及還有一段路要走。王軍表示：“我們現(xiàn)在的應(yīng)用集中在高鐵生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，在維修保養(yǎng)環(huán)節(jié)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到批量應(yīng)用，其中最大的問(wèn)題就是目前效率不能滿(mǎn)足高鐵維保用戶(hù)的要求，因此提高清洗效率是我們現(xiàn)在努力的方向?！?/p>

如何解決效率問(wèn)題？王軍認(rèn)為，除了提升設(shè)備性能之外，數(shù)字化升級(jí)也是提高激光清洗效率的重要方式。王軍解釋道：“借助智能化和數(shù)字化能夠進(jìn)一步減少人為干涉，提升自動(dòng)化程度，進(jìn)而提高效率。同時(shí)，智能化和數(shù)字化是當(dāng)前工業(yè)制造領(lǐng)域的整體發(fā)展趨勢(shì)，將我們的激光清洗設(shè)備進(jìn)行智能化、數(shù)字化升級(jí)后，也能夠更好的與工業(yè)設(shè)備適配，有利于激光清洗技術(shù)的推廣?！?/p>

談到激光清洗在高鐵領(lǐng)域的應(yīng)用前景，王軍表示：“高鐵生產(chǎn)制造廠家對(duì)我們激光清洗技術(shù)的應(yīng)用，已經(jīng)從一條生產(chǎn)線已經(jīng)擴(kuò)展到十幾條生產(chǎn)線，這說(shuō)明他們發(fā)現(xiàn)激光清洗能夠很好解決他們的痛點(diǎn)問(wèn)題。因此，我認(rèn)為激光清洗在高鐵領(lǐng)域是一種很有優(yōu)勢(shì)的補(bǔ)充和替代清洗方式，未來(lái)有希望發(fā)展成一種主流方式?！?/p>

從宏觀政策層面來(lái)看，中國(guó)在“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要提出要深入實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，推動(dòng)集成電路、航空航天、船舶與海洋工程裝備、機(jī)器人、先進(jìn)軌道交通裝備等產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，激光清洗對(duì)我國(guó)高端制造裝備產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提升具有重要意義。從行業(yè)發(fā)展來(lái)看，今年4月由翔明激光創(chuàng)始人王春明牽頭編制的激光清洗行業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《綠色制造 激光表面清洗技術(shù)規(guī)范》啟動(dòng)編制，這表明激光清洗行業(yè)正在朝著規(guī)范化、專(zhuān)業(yè)化、高質(zhì)量方向發(fā)展，行業(yè)前景進(jìn)一步明朗。從市場(chǎng)層面來(lái)看，高鐵維保已經(jīng)對(duì)翔明激光提出了新的產(chǎn)品需求，翔明激光正在不斷提升設(shè)備性能以滿(mǎn)足用戶(hù)標(biāo)準(zhǔn)，目前已實(shí)現(xiàn)試點(diǎn)應(yīng)用，包括輪對(duì)、集電環(huán)，受電弓、齒輪等部件的清洗，完成了激光清洗從高鐵生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)到維修保養(yǎng)的業(yè)務(wù)全覆蓋。目前，在政策和市場(chǎng)需求的雙重引領(lǐng)之下，激光清洗正在成為高鐵行業(yè)的重要清洗方式，將為高鐵行業(yè)的提質(zhì)增效做出貢獻(xiàn)。

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