การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีกำจัดสนิมด้วยเลเซอร์ในการบำรุงรักษาโครงสร้างพื้นฐานระบบขนส่งทางราง

ข้อที่ 1. บทนำ

อุปกรณ์ระบบขนส่งทางราง ซึ่งรวมถึงระบบรถไฟฟ้าใต้ดิน รถไฟความเร็วสูง รถไฟฟ้ารางเบา รถราง และรถจักร ทำงานในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน ชิ้นส่วนโลหะมักถูกสัมผัสกับฝน ความชื้น ฝุ่น และละอองเกลือ ส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนและการออกซิเดชันของพื้นผิว สนิมไม่เพียงแต่ส่งผลต่อรูปลักษณ์ของขบวนรถเท่านั้น แต่ยังลดความแข็งแรงของวัสดุ เพิ่มการสูญเสียจากแรงเสียดทาน ก่อให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัย และเพิ่มต้นทุนในการบำรุงรักษาอีกด้วย

วิธีการกำจัดสนิมแบบดั้งเดิม เช่น การขัดด้วยเครื่องเจียร การพ่นทราย และการกัดด้วยสารเคมี อาศัยวัสดุสิ้นเปลือง แรงงานคน หรือสารเคมีเป็นหลัก มักก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ความเสี่ยงด้านความปลอดภัย และความแม่นยำไม่เพียงพอ ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยเลเซอร์ เทคโนโลยีการกำจัดสนิมด้วยเลเซอร์จึงแสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่สำคัญ และกำลังได้รับการนำมาใช้มากขึ้นเรื่อยๆ ในการบำรุงรักษาระบบขนส่งทางราง

II. หลักการทำงานของการกำจัดสนิมด้วยเลเซอร์

การกำจัดสนิมด้วยเลเซอร์ใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงส่องไปยังพื้นผิวโลหะ ชั้นสนิม ชั้นออกไซด์ หรือชั้นเคลือบจะดูดซับพลังงานเลเซอร์ ทำให้เกิดการระเหิดทันที การกระแทกความร้อน หรือการกัดกร่อนเชิงโฟโตเคมี ซึ่งส่งผลให้ชั้นสิ่งปนเปื้อนหลุดออกจากพื้นผิวฐาน ในทางกลับกัน พื้นผิวฐานโลหะจะสะท้อนพลังงานเลเซอร์ส่วนใหญ่ออกไป จึงได้รับผลกระทบเพียงเล็กน้อย

ประเภทอุปกรณ์ที่ใช้ทั่วไป ได้แก่:

ระบบทำความสะอาดด้วยเลเซอร์แบบพัลส์ — การควบคุมความร้อนอย่างแม่นยำ เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่มีมูลค่าสูงหรือต้องการความแม่นยำสูง

ระบบทำความสะอาดด้วยเลเซอร์แบบคลื่นต่อเนื่อง (CW) — มีอัตราการประมวลผลสูงกว่า เหมาะสำหรับการบำบัดพื้นที่ขนาดใหญ่

III. สถานการณ์การใช้งานทั่วไปในการบำรุงรักษาขนส่งระบบรถไฟฟ้า

การกำจัดสนิมด้วยเลเซอร์ถูกนำมาใช้ในสถานการณ์การบำรุงรักษาต่อไปนี้:

1. การบำบัดพื้นผิวด้านนอกของขบวนรถ

โครงสร้างตัวถังเหล็กและเปลือกด้านนอกของขบวนรถซึ่งสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอกมักเกิดการกัดกร่อนตามกาลเวลา การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์จึงถูกใช้ก่อนการทาสีใหม่หรือการปรับปรุงสภาพ โดยให้ผลดังนี้:

การปกป้องความสมบูรณ์ของพื้นผิวฐาน

การยึดเกาะของชั้นเคลือบที่ดีขึ้น

ไม่มีการปนเปื้อนฝุ่นขัดที่ก่อให้เกิดการสึกหรอเลย

2. ส่วนประกอบของรถลากและโครงร่างล่าง (Bogie และ Undercarriage)

ส่วนประกอบสำคัญ เช่น รถลาก (bogies), โครงถัง (frames), คานเบรก (brake beams) และฝาครอบกล่องเพลา (axle box covers) มีความไวต่อความเสียหายของพื้นผิว ซึ่งการขัดด้วยเครื่องจักรอาจทำให้เกิดรอยขีดข่วนขนาดเล็ก (micro-scratches) ขณะที่การล้างด้วยเลเซอร์เหมาะสมสำหรับ:

การกำจัดสนิมเฉพาะจุด

การกำจัดคราบน้ำมันและชั้นเคลือบ

การเตรียมพื้นผิวก่อนการตรวจสอบ

3. การบำรุงรักษารางรถไฟและอุปกรณ์ยึดตรึง (Rail และ Fastener)

รางรถไฟและระบบยึดตรึงมีแนวโน้มเกิดการกัดกร่อนในอุโมงค์ ตามแนวชายฝั่งทะเล และในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง ซึ่งสามารถใช้การล้างด้วยเลเซอร์ได้สำหรับ:

คลิปและสลักเกลียวสำหรับราง

พื้นผิวที่สัมผัสกัน

การเตรียมพื้นผิวก่อนเชื่อม

4. การรักษาแนวรอยเชื่อมและพื้นผิวสัมผัสทางไฟฟ้า

การกัดกร่อนส่งผลกระทบต่อคุณภาพการเชื่อมและความนำไฟฟ้าที่พื้นผิวสัมผัสสำคัญ เช่น:

ข้อต่อการเชื่อมราง

พื้นผิวสัมผัสสำหรับแรงดึง

ขั้วไฟฟ้าและตัวต่อ

การล้างด้วยเลเซอร์เหมาะสำหรับการกำจัดออกไซด์ก่อนกระบวนการเชื่อม หรือการเคลือบผิว หรือการตรวจสอบความนำไฟฟ้า

IV. ข้อได้เปรียบเหนือกระบวนการแบบดั้งเดิม

เมื่อเปรียบเทียบกับการพ่นทราย การขัดด้วยเครื่องจักร และการล้างกรดแบบเคมี การกำจัดสนิมด้วยเลเซอร์ให้ข้อได้เปรียบดังต่อไปนี้:

(1) ไม่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อพื้นผิวฐาน

การล้างด้วยเลเซอร์อาศัยหลักการดูดซับแบบเลือกสรร ซึ่งรักษาเรขาคณิตของพื้นผิวไว้ ทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการความแม่นยำสูง

(2) ไม่ต้องใช้วัสดุสิ้นเปลือง และไม่ก่อให้เกิดมลพิษจากสารเคมีเลย

การดำเนินงานต้องใช้เพียงพลังงานไฟฟ้าเท่านั้น ซึ่งสอดคล้องกับมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมและลดการปล่อยมลพิษในอุตสาหกรรมรถไฟ

(3) เข้ากันได้ดีกับระบบอัตโนมัติระดับสูง

ระบบเลเซอร์สามารถบูรณาการเข้ากับ:

โรบอตอุตสาหกรรม

สายการตรวจสอบอัตโนมัติ

ระบบจัดการการบำรุงรักษา (MES)

เพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอและอัตราการผลิต

(4) ใช้งานได้กับโครงสร้างที่ซับซ้อนและโครงสร้างเฉพาะจุด

เหมาะสำหรับการรักษา:

โพรงลึก

ร่องลึก

พื้นผิวที่ไม่เรียบ

ซึ่งยากต่อการทำความสะอาดด้วยวิธีทางเคมีหรือเชิงกล

(5) ลดต้นทุนการปรับปรุงงานใหม่

พื้นผิวที่สะอาดและสม่ำเสมอช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการเคลือบและป้องกันการกัดกร่อน ทำให้ช่วงเวลาในการบำรุงรักษายาวนานขึ้นและลดต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน

ข้อท้าทายและแนวโน้มการพัฒนา

แม้จะมีข้อได้เปรียบหลายประการ แต่ยังคงมีข้อท้าทายอยู่หลายประการ:

1. การลงทุนเบื้องต้นสูงกว่า

ระบบเลเซอร์มีราคาสูงกว่าเครื่องขัดหรือระบบพ่นทราย แม้ว่าต้นทุนการดำเนินงานในระยะยาวจะต่ำกว่า

2. ข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพสำหรับพื้นที่ขนาดใหญ่

การกําจัดสนิมครบครันของกระดูกคาร์บอเรส จําเป็นต้อง:

การตั้งค่าเลเซอร์ CW ที่มีพลังงานสูง

การปรับปรุงการวางแผนเส้นทางโดยการช่วยเหลือของหุ่นยนต์

3. การ สร้าง ความต้องการการฝึกอบรมผู้ประกอบการ

อุปกรณ์เลเซอร์ต้องการการฝึกอบรมความปลอดภัยและการใช้งานแบบมาตรฐาน

แนวโน้มการพัฒนาในอนาคตประกอบด้วย:

การทําความสะอาดต่อเนื่องพลังงานสูง

การจําแนกพื้นที่ที่ใช้เครื่องมองเห็น

โรบอตทําความสะอาดอัตโนมัติสําหรับโกดัง

การควบคุมแสงสว่างแบบปรับปรุงและการระบุพื้นที่

สรุป

การกำจัดสนิมด้วยเลเซอร์เป็นเทคโนโลยีการบำบัดพื้นผิวที่สะอาด มีประสิทธิภาพ และควบคุมได้ ซึ่งกำลังกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการบำรุงรักษาโครงข่ายขนส่งทางรถไฟ โดยเทคโนโลยีนี้ช่วยแก้ไขปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัย พร้อมทั้งเพิ่มความแม่นยำ ลดแรงงานคน และยืดระยะเวลาระหว่างการบำรุงรักษาออกไป อีกทั้งด้วยต้นทุนอุปกรณ์ที่ลดลงและการใช้งานระบบอัตโนมัติที่เพิ่มมากขึ้น การทำความสะอาดด้วยเลเซอร์จึงคาดว่าจะถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายมากยิ่งขึ้นในภาคขนส่งทางรถไฟ ทั้งยังมีศักยภาพทางการตลาดและคุณค่าเชิงวิศวกรรมที่สูง