Технологията за лазерно почистване използва лазери с малка ширина на импулса и висока плътност на мощността върху повърхността на обекта, който трябва да се почисти.Чрез комбинираните ефекти на бърза вибрация, изпарение, разлагане и плазмено отлепване, замърсителите, петна от ръжда или покрития върху повърхността претърпяват незабавно изпаряване и отделяне, постигайки повърхностно почистване.
Лазерното почистване предлага предимства като безконтактно, екологично чисто, ефективна прецизност и липса на увреждане на субстрата, което го прави приложимо в различни сценарии.
Лазерно почистване
Зелено и ефективно
Индустрията за гуми, новата енергийна индустрия и индустрията за строителни машини, наред с други, широко прилагат лазерно почистване.В ерата на целите на "двоен въглерод" лазерното почистване се очертава като ново решение на традиционния пазар за почистване поради своята висока ефективност, прецизна управляемост и екологични характеристики.
Концепция за лазерно почистване:
Лазерното почистване включва фокусиране на лазерни лъчи върху повърхността на материала за бързо изпаряване или отлепване на повърхностните замърсители, постигайки почистване на повърхността на материала.В сравнение с различни традиционни физични или химически методи за почистване, лазерното почистване се характеризира с липса на контакт, без консумативи, без замърсяване, висока прецизност и минимални или никакви щети, което го прави идеален избор за новото поколение индустриална почистваща технология.
Принцип на лазерно почистване:
Принципът на лазерното почистване е сложен и може да включва както физични, така и химични процеси.В много случаи доминират физическите процеси, придружени от частични химични реакции.Основните процеси могат да бъдат категоризирани в три типа: процес на изпаряване, процес на удар и процес на колебание.
Процес на газификация:
Когато върху повърхността на даден материал се приложи високоенергийно лазерно лъчение, повърхността абсорбира лазерната енергия и я преобразува във вътрешна енергия, което води до бързо повишаване на повърхностната температура.Това повишаване на температурата достига или надвишава температурата на изпаряване на материала, което води до отделяне на замърсителите от повърхността на материала под формата на пара.Селективното изпаряване често възниква, когато степента на абсорбция на замърсителите от лазера е значително по-висока от тази на субстрата.Типичен пример за приложение е почистването на мръсотия върху каменни повърхности.Както е показано на диаграмата по-долу, замърсителите по повърхността на камъка силно абсорбират лазера и бързо се изпаряват.След като замърсителите са напълно отстранени и лазерът облъчи повърхността на камъка, абсорбцията е по-слаба и повече лазерна енергия се разпръсква от повърхността на камъка.Следователно има минимална промяна в температурата на каменната повърхност, като по този начин се предпазва от повреда.
Типичен процес, включващ основно химическо действие, възниква при почистване на органични замърсители с ултравиолетови лазери с дължина на вълната, процес, известен като лазерна аблация.Ултравиолетовите лазери имат по-къси дължини на вълните и по-висока фотонна енергия.Например, KrF ексимерен лазер с дължина на вълната 248 nm има фотонна енергия 5 eV, което е 40 пъти по-високо от фотоните на CO2 лазер (0,12 eV).Такава висока фотонна енергия е достатъчна, за да разруши молекулярните връзки в органичните материали, което води до разрушаване на връзките CC, CH, CO и т.н. в органичните замърсители при абсорбиране на фотонната енергия на лазера, което води до пиролитична газификация и отстраняване от повърхност.
Ударен процес при лазерно почистване:
Ударният процес при лазерно почистване включва поредица от реакции, които възникват по време на взаимодействието между лазера и материала, което води до ударни вълни, въздействащи върху повърхността на материала.Под въздействието на тези ударни вълни повърхностните замърсители се разбиват на прах или фрагменти, отлепвайки се от повърхността.Механизмите, причиняващи тези ударни вълни, са разнообразни, включително плазма, пара и бързо термично разширение и свиване.
Като вземем плазмените ударни вълни като пример, можем накратко да разберем как ударният процес при лазерно почистване премахва повърхностните замърсители.С прилагането на лазери с ултракъса ширина на импулса (ns) и ултрависока пикова мощност (107–1010 W/cm2), повърхностната температура може да се повиши рязко до температури на изпаряване, дори ако повърхностната абсорбция на лазера е слаба.Това бързо повишаване на температурата образува пара над повърхността на материала, както е показано на илюстрация (a).Температурата на парите може да достигне 104 – 105 K, достатъчно, за да йонизира самата пара или околния въздух, образувайки плазма.Плазмата блокира достигането на лазера до повърхността на материала, което вероятно спира повърхностното изпаряване.Въпреки това, плазмата продължава да абсорбира лазерна енергия, като допълнително повишава температурата си и създава локализирано състояние на изключително висока температура и налягане.Това генерира моментно въздействие от 1-100 kbar върху повърхността на материала и прогресивно се предава навътре, както е показано на илюстрации (b) и (c).Под въздействието на ударната вълна повърхностните замърсители се разпадат на миниатюрни прашинки, частици или фрагменти.Когато лазерът се отдалечи от облъчваното място, плазмата изчезва незабавно, създавайки локално отрицателно налягане и частиците или фрагментите от замърсителите се отстраняват от повърхността, както е показано на илюстрация (d).
Осцилационен процес при лазерно почистване:
При осцилационния процес на лазерно почистване както нагряването, така и охлаждането на материала става изключително бързо под въздействието на лазери с къс импулс.Поради различните коефициенти на топлинно разширение на различните материали, повърхностните замърсители и субстратът претърпяват високочестотно топлинно разширение и свиване в различна степен, когато са изложени на краткоимпулсно лазерно облъчване.Това води до осцилационен ефект, който кара замърсителите да се отлепят от повърхността на материала.
По време на този процес на обелване може да не настъпи изпаряване на материала, нито непременно да се образува плазма.Вместо това, процесът разчита на силите на срязване, генерирани на границата между замърсителя и субстрата при осцилаторно действие, което прекъсва връзката между тях.Проучванията показват, че лекото увеличаване на ъгъла на падане на лазера може да подобри контакта между лазера, частиците замърсители и интерфейса на субстрата.Този подход намалява прага за лазерно почистване, което прави осцилаторния ефект по-изразен и подобрява ефективността на почистване.Ъгълът на падане обаче не трябва да бъде твърде голям, тъй като много висок ъгъл може да намали енергийната плътност, действаща върху повърхността на материала, като по този начин отслаби почистващата способност на лазера.
Промишлени приложения на лазерното почистване:
1: Индустрия на мухъл
Лазерното почистване позволява безконтактно почистване на форми, като гарантира безопасността на повърхностите на матрицата.Гарантира прецизност и може да почисти частици мръсотия под микронно ниво, които традиционните методи за почистване трудно могат да премахнат.Това постига истинско без замърсяване, ефективно и висококачествено почистване.
2: Индустрия за прецизни инструменти
В индустриите за прецизна механика компонентите често трябва да бъдат премахнати естери и минерални масла, използвани за смазване и устойчивост на корозия.Химическите методи обикновено се използват за почистване, но те често оставят остатъци.Лазерното почистване може напълно да премахне естери и минерални масла, без да повреди повърхността на компонентите.Лазерно индуцираните експлозии на оксидни слоеве върху повърхностите на компонентите водят до ударни вълни, причинявайки отстраняване на замърсителите без механично взаимодействие.
3: Железопътна индустрия
Понастоящем почистването на релси преди заваряване използва предимно шлайфане и шлайфане на колела, което води до сериозно увреждане на субстрата и остатъчно напрежение.Освен това, той консумира значително количество абразивни консумативи, което води до високи разходи и сериозно замърсяване с прах.Лазерното почистване може да осигури висококачествена, ефективна и екологична почистваща техника за производството на високоскоростни железопътни релси в Китай.Той адресира проблеми като безшевни релсови дупки, сиви петна и дефекти при заваряване, като подобрява стабилността и безопасността на високоскоростните железопътни операции.
4: Авиационна индустрия
Повърхностите на самолетите трябва да бъдат пребоядисани след определен период, но преди боядисването старата боя трябва да бъде напълно отстранена.Химическото потапяне/избърсване е основен метод за отстраняване на боята в авиационния сектор, което причинява значителни химически отпадъци и невъзможност за постигане на локално отстраняване на боята за поддръжка.Лазерното почистване може да постигне висококачествено отстраняване на боята от повърхността на самолета и лесно се адаптира към автоматизирано производство.В момента тази технология е започнала да се прилага при поддръжката на някои модели самолети от висок клас в чужбина.
5: Морска индустрия
Предпроизводственото почистване в морската индустрия обикновено използва методи за пясъкоструене, което води до сериозно замърсяване на околната среда с прах.Тъй като пясъкоструенето постепенно се забранява, това доведе до намалено производство или дори спиране на корабостроителните компании.Технологията за лазерно почистване ще осигури екологично и незамърсяващо почистващо решение за антикорозионното покритие на повърхностите на кораба.
由用户整理投稿发布，不代表本站观点及立场，仅供交流学习之用，如涉及版权等问题，请随时联系我们(yangmei@bjjcz.com)，我们将在第一时间给予处理。
Време на публикуване: 16 януари 2024 г