“這臺設備將清洗頭與焊槍集成在一起，前方清洗頭進行焊前清洗，焊槍跟隨其后完成焊接。緊接著，焊槍由終點回到起點的過程中，又連帶清洗頭完成了焊后清洗。”在中國中車股份有限公司（以下簡稱“中國中車”）的某主機廠內，正在高鐵車體生產線上進行焊接的工作人員介紹了進入高鐵生產制造領域的一種新型清洗設備——清焊一體設備。相比人工清洗，新型設備節省了焊前40分鐘和焊后20分鐘的清洗時間，大大提高了生產效率。
清焊一體設備正在作業中
這一便捷、高效的清洗設備背后所依托的，正是近年來在國內高端制造行業逐漸普及的激光清洗技術。這一技術解決了困擾行業多年的人工清洗效率低、清洗質量得不到保證、難以實現自動化等問題，以自動化集成的方式推進高鐵清洗的智能化升級，節省了時間、人力和耗材，以科技創新提升了高鐵制造的效率。
傳統清洗方式“痼疾”難除
8月24日舉行的國務院新聞發布會中提到，黨的十八大以來，高速鐵路新增投產3.1萬公里，復線率59.5%、電化率72.8%，均位居世界首位，高鐵成為代表“中國創造”和“中國制造”的一張名片。但令人感到意外的是，在這樣一個先進制造行業中，清洗方式卻還以人工作業為主，由此導致各種弊端：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；人工清洗勞動強度比較大，會造成人力成本的提升；人工打磨還會造成車間的噪音污染和粉塵污染，對于操作人員來說，則會對身體健康造成傷害。
因此，在高鐵需求量和規模越來越大的今天，清洗技術的升級轉型顯得愈發迫切。事實上，高鐵制造行業尋找高效清洗方式的腳步一直沒有停歇，化學清洗作為人工清洗的補充和替代出現在高鐵清洗領域。所謂化學清洗，就是使用酸堿、丙酮、酒精等化學試劑擦拭需要清洗的部件。這一方式雖然促進了效率提升，但同時也造成了污染。隨著國家對環保的重視度不斷提高，化學清洗在高鐵制造中的使用也越來越少，目前人工清洗仍占主流。
工人手持砂輪進行人工清洗
激光清洗技術+針對性升級，解決人工操作難題
人工清洗效率低下、效果難以統一、勞動強度大，化學清洗又存在高污染，因此尋找新的替代清洗方式成為高鐵制造企業的重要任務。面對市場痛點，激光清洗作為工業清洗的新興方式開始在國內嶄露頭角，其具有清洗干凈、效率高、非接觸、綠色環保等優點，不但可以用來清洗有機污染物，也可以用來清洗無機物，應用范圍涉及除銹、去除氧化膜、脫漆、去油污、除膠、去鍍層涂層等，在高端設備制造領域應用廣泛。深刻影響全球科技創新、產業結構調整、經濟社會發展。近年來，近十年來，雖然激光清洗在高端制造行業得到了廣泛關注和應用，但期待清洗方式升級的高鐵行業卻還未注意到這一新型清洗方式，直到2016年，中國中車的工程師與一家激光清洗企業交流焊接工藝時，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。”這位工程師希望激光清洗能幫他解決問題。
這家激光清洗企業名為翔明激光，是一家來自于于華中科技大學的科技成果產業化公司，創始人王春明是華中科技大學材料科學與工程學院教授，他的研究方向正是激光加工技術。2016年，王春明創立翔明激光，專注于激光清洗工藝研發與裝備制造，成功研發了焦點保持系統、邊緣控光系統、光束勻化整形系統、防抖動、高允差技術等專利技術，形成了一系列激光清洗的關鍵技術群，并在實踐中建立了各類基材和各類污染物的激光清洗工藝庫。
人工清洗粉塵遍布，工人必須“全副武裝”
當中國中車尋求幫助的時候，翔明激光的激光清洗技術已經在飛機制造領域得到了應用，并且取得了成功經驗。翔明激光敏銳地感覺到，這正是激光清洗進入高鐵領域的契機。于是，他們向中國中車的工程師表示：“我們可以用激光清洗技術嘗試一下。”
為了利用激光清洗技術解決中國中車工程師提出的清洗難題，在此后的2~3年間，翔明激光針對高鐵制造應用場景對激光清洗技術做了多項改進研發，開發出了應用于高鐵車體焊接的焊前焊后清洗技術，也就是目前已廣泛應用的清焊一體設備。然而，這一設備的應用也并非一帆風順，而在發現問題、解決問題中不斷升級的過程。
清焊一體設備首先遇到的問題是金屬飛濺對光學鏡頭的損害：焊接產生的金屬飛濺可能會接觸到激光清洗頭，而清洗頭由光學鏡片組成，高熱量的金屬飛濺會對其造成損害。針對這一問題，翔明激光開發了鏡頭自主防護功能，避免金屬飛濺帶來的光學鏡頭損傷，保證激光清洗設備的穩定工作。
高鐵制造中產生的焊后氧化物
隨著清焊一體設備的應用越來越普及，設備經常處于滿負荷運行狀態，引發了高鐵生產企業對其穩定性和安全性的擔憂：激光束掃射角度一旦出現偏差，就會對周圍人員的安全造成極大威脅。因此，翔明激光又為設備增加了安全防護功能，一旦激光束出現傾斜，激光設備會自動關停，保證周邊操作人員的安全。
經過一系列技術改造和升級，清焊一體設備在2018年進入正式應用階段。激光清洗技術成功應用于高鐵行業，困擾高鐵制造工程師多年的清洗問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、新業態、新平臺蓬勃興起，中國正在積極推進工業制造的智能化、數字化升級，而清焊一體設備所具有的自動化集成特點，大大促進了高鐵生產中清洗工序的智能化，使得高鐵行業全流程智能制造升級得到進一步實現。
激光清洗為高鐵制造清洗提質增效
由于技術的領先性和完備性，翔明激光清焊一體設備的出貨量已到達50~60臺，進入批量生產狀態，目前在國內高鐵領域的激光清洗市場中已占據絕大部分份額。“去年到今年，我們的出貨量翻番，這證明激光清洗技術在高鐵領域獲得了認可。”翔明激光副總經理王軍表示。
高鐵生產制造企業對源于清焊一體設備的認可源于其應用價值。與人工清洗相比，清焊一體設備除了大大節省人工焊前與焊后的單獨清洗時間之外，還從多個角度為高鐵制造清洗帶來了革新：首先，清焊一體設備是進行在線清洗，節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，人工打磨每個車體起碼需要2個打磨工；其次，清焊一體設備自帶的收集裝置使得清洗現場“一洗如新”，告別了人工打磨粉塵遍布的歷史；另外，與化學清洗加打磨相比，清焊一體設備節省了耗材費用，王軍解釋道：“經統計，化學清洗加打磨一節車體需要88元耗材費用，而我們激光清洗主要是用電，折算下來一節車體清洗費用僅2.5元。按照一條生產線一年生產幾千節車體來計算，僅一條生產線每年就可為廠家節省幾十萬費用。”
翔明激光研制清焊一體化設備應用于高鐵制造
激光清洗有望成為高鐵行業主流清洗方式
雖然已經取得了階段性成功，但激光清洗在高鐵領域的全面普及還有一段路要走。王軍表示：“我們現在的應用集中在高鐵生產制造環節，在維修保養環節還遠遠未達到批量應用，其中最大的問題就是目前效率不能滿足高鐵維保用戶的要求，因此提高清洗效率是我們現在努力的方向。”
如何解決效率問題？王軍認為，除了提升設備性能之外，數字化升級也是提高激光清洗效率的重要方式。王軍解釋道：“借助智能化和數字化能夠進一步減少人為干涉，提升自動化程度，進而提高效率。同時，智能化和數字化是當前工業制造領域的整體發展趨勢，將我們的激光清洗設備進行智能化、數字化升級后，也能夠更好的與工業設備適配，有利于激光清洗技術的推廣。”
談到激光清洗在高鐵領域的應用前景，王軍表示：“高鐵生產制造廠家對我們激光清洗技術的應用，已經從一條生產線已經擴展到十幾條生產線，這說明他們發現激光清洗能夠很好解決他們的痛點問題。因此，我認為激光清洗在高鐵領域是一種很有優勢的補充和替代清洗方式，未來有希望發展成一種主流方式。”
從宏觀政策層面來看，中國在“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要提出要深入實施制造強國戰略，推動集成電路、航空航天、船舶與海洋工程裝備、機器人、先進軌道交通裝備等產業創新發展，激光清洗對我國高端制造裝備產業競爭力的提升具有重要意義。從行業發展來看，今年4月由翔明激光創始人王春明牽頭編制的激光清洗行業國家標準《綠色制造 激光表面清洗技術規范》啟動編制，這表明激光清洗行業正在朝著規范化、專業化、高質量方向發展，行業前景進一步明朗。從市場層面來看，高鐵維保已經對翔明激光提出了新的產品需求，翔明激光正在不斷提升設備性能以滿足用戶標準，目前已實現試點應用，包括輪對、集電環，受電弓、齒輪等部件的清洗，完成了激光清洗從高鐵生產制造環節到維修保養的業務全覆蓋。目前，在政策和市場需求的雙重引領之下，激光清洗正在成為高鐵行業的重要清洗方式，將為高鐵行業的提質增效做出貢獻。
