La tecnología de limpieza láser utiliza láseres de alta densidad de potencia y ancho de pulso estrecho en la superficie del objeto a limpiar.A través de los efectos combinados de vibración rápida, vaporización, descomposición y descamación por plasma, los contaminantes, manchas de óxido o recubrimientos en la superficie se evaporan y desprenden instantáneamente, logrando la limpieza de la superficie.
La limpieza con láser ofrece ventajas como precisión sin contacto, respetuosa con el medio ambiente, eficiente y sin daños al sustrato, lo que la hace aplicable en diversos escenarios.
Limpieza láser
Verde y eficiente
La industria de neumáticos, la industria de nuevas energías y la industria de maquinaria de construcción, entre otras, aplican ampliamente la limpieza con láser.En la era de los objetivos del "carbono dual", la limpieza con láser está emergiendo como una nueva solución en el mercado de la limpieza tradicional debido a su alta eficiencia, controlabilidad precisa y características respetuosas con el medio ambiente.
Concepto de Limpieza Láser:
La limpieza con láser implica enfocar rayos láser en la superficie del material para vaporizar o despegar rápidamente los contaminantes de la superficie, logrando la limpieza de la superficie del material.En comparación con varios métodos tradicionales de limpieza física o química, la limpieza láser se caracteriza por no tener contacto, sin consumibles, sin contaminación, alta precisión y daño mínimo o nulo, lo que la convierte en una opción ideal para la nueva generación de tecnología de limpieza industrial.
Principio de limpieza con láser:
El principio de la limpieza con láser es complejo y puede implicar procesos tanto físicos como químicos.En muchos casos dominan los procesos físicos, acompañados de reacciones químicas parciales.Los principales procesos se pueden clasificar en tres tipos: proceso de vaporización, proceso de choque y proceso de oscilación.
Proceso de gasificación:
Cuando se aplica irradiación láser de alta energía a la superficie de un material, la superficie absorbe la energía del láser y la convierte en energía interna, lo que hace que la temperatura de la superficie aumente rápidamente.Este aumento de temperatura alcanza o supera la temperatura de vaporización del material, provocando que los contaminantes se desprendan de la superficie del material en forma de vapor.La vaporización selectiva ocurre a menudo cuando la tasa de absorción de los contaminantes en el láser es significativamente mayor que la del sustrato.Un ejemplo de aplicación típico es la limpieza de suciedad en superficies de piedra.Como se muestra en el diagrama siguiente, los contaminantes de la superficie de la piedra absorben fuertemente el láser y se vaporizan rápidamente.Una vez que los contaminantes se eliminan por completo y el láser irradia la superficie de la piedra, la absorción es más débil y la superficie de la piedra dispersa más energía láser.En consecuencia, hay un cambio mínimo en la temperatura de la superficie de la piedra, protegiéndola así de daños.
Un proceso típico que involucra principalmente acción química ocurre cuando se limpian contaminantes orgánicos con láseres de longitud de onda ultravioleta, un proceso conocido como ablación por láser.Los láseres ultravioleta tienen longitudes de onda más cortas y mayor energía fotónica.Por ejemplo, un láser excímero KrF con una longitud de onda de 248 nm tiene una energía fotónica de 5 eV, que es 40 veces mayor que la de los fotones del láser de CO2 (0,12 eV).Esta alta energía fotónica es suficiente para romper los enlaces moleculares en materiales orgánicos, causando que los enlaces CC, CH, CO, etc., en los contaminantes orgánicos se fracturen al absorber la energía fotónica del láser, lo que lleva a la gasificación pirolítica y la eliminación del superficie.
Proceso de Choque en Limpieza Láser:
El proceso de choque en la limpieza con láser implica una serie de reacciones que ocurren durante la interacción entre el láser y el material, lo que resulta en ondas de choque que impactan la superficie del material.Bajo la influencia de estas ondas de choque, los contaminantes de la superficie se rompen en polvo o fragmentos y se desprenden de la superficie.Los mecanismos que causan estas ondas de choque son variados e incluyen plasma, vapor y fenómenos de rápida expansión y contracción térmica.
Tomando como ejemplo las ondas de choque de plasma, podemos comprender brevemente cómo el proceso de choque en la limpieza con láser elimina los contaminantes de la superficie.Con la aplicación de láseres de ancho de pulso ultracorto (ns) y potencia máxima ultraalta (107–1010 W/cm2), la temperatura de la superficie puede aumentar bruscamente hasta temperaturas de vaporización incluso si la absorción superficial del láser es débil.Este rápido aumento de temperatura forma vapor sobre la superficie del material, como se muestra en la ilustración (a).La temperatura del vapor puede alcanzar 104 – 105 K, suficiente para ionizar el propio vapor o el aire circundante, formando un plasma.El plasma impide que el láser llegue a la superficie del material, deteniendo posiblemente la vaporización de la superficie.Sin embargo, el plasma continúa absorbiendo energía láser, aumentando aún más su temperatura y creando un estado localizado de temperatura y presión extremadamente altas.Esto genera un impacto momentáneo de 1-100 kbar en la superficie del material y se transmite progresivamente hacia el interior, como se muestra en las ilustraciones (b) y (c).Bajo el impacto de la onda de choque, los contaminantes de la superficie se fracturan en pequeños polvo, partículas o fragmentos.Cuando el láser se aleja del lugar irradiado, el plasma desaparece rápidamente, creando una presión negativa local, y las partículas o fragmentos de los contaminantes se eliminan de la superficie, como se muestra en la ilustración (d).
Proceso de oscilación en limpieza láser:
En el proceso de oscilación de la limpieza con láser, tanto el calentamiento como el enfriamiento del material se producen de forma extremadamente rápida bajo la influencia de láseres de pulso corto.Debido a los diferentes coeficientes de expansión térmica de varios materiales, los contaminantes de la superficie y el sustrato sufren una expansión y contracción térmica de alta frecuencia de diversos grados cuando se exponen a una irradiación láser de pulso corto.Esto provoca un efecto oscilatorio que hace que los contaminantes se desprendan de la superficie del material.
Durante este proceso de pelado, es posible que no se produzca vaporización del material ni necesariamente se forme plasma.En cambio, el proceso se basa en las fuerzas de corte generadas en la interfaz entre el contaminante y el sustrato bajo la acción oscilatoria, que rompen la unión entre ellos.Los estudios han demostrado que aumentar ligeramente el ángulo de incidencia del láser puede mejorar el contacto entre el láser, las partículas contaminantes y la interfaz del sustrato.Este enfoque reduce el umbral de limpieza con láser, lo que hace que el efecto oscilatorio sea más pronunciado y mejora la eficiencia de la limpieza.Sin embargo, el ángulo de incidencia no debe ser demasiado grande, ya que un ángulo muy alto puede reducir la densidad de energía que actúa sobre la superficie del material, debilitando así la capacidad de limpieza del láser.
Aplicaciones industriales de la limpieza láser:
1: Industria del molde
La limpieza con láser permite la limpieza sin contacto de los moldes, garantizando la seguridad de las superficies de los moldes.Garantiza precisión y puede limpiar partículas de suciedad de nivel submicrónico que los métodos de limpieza tradicionales pueden tener dificultades para eliminar.De esta forma se consigue una limpieza realmente libre de contaminación, eficiente y de alta calidad.
2: Industria de instrumentos de precisión
En las industrias de mecánica de precisión, a los componentes a menudo es necesario eliminar los ésteres y aceites minerales utilizados para la lubricación y la resistencia a la corrosión.Generalmente se emplean métodos químicos para la limpieza, pero a menudo dejan residuos.La limpieza con láser puede eliminar completamente los ésteres y aceites minerales sin dañar la superficie de los componentes.Las explosiones de capas de óxido inducidas por láser en las superficies de los componentes provocan ondas de choque que provocan la eliminación de contaminantes sin interacción mecánica.
3: Industria ferroviaria
Actualmente, la limpieza de rieles antes de soldar utiliza predominantemente esmerilado y lijado, lo que provoca graves daños en el sustrato y tensiones residuales.Además, consume una cantidad importante de consumibles abrasivos, lo que genera costes elevados y una grave contaminación por polvo.La limpieza con láser puede proporcionar una técnica de limpieza de alta calidad, eficiente y respetuosa con el medio ambiente para la producción de vías ferroviarias de alta velocidad en China.Aborda problemas como los agujeros sin costuras en los rieles, las manchas grises y los defectos de soldadura, mejorando la estabilidad y seguridad de las operaciones ferroviarias de alta velocidad.
4: Industria de la aviación
Las superficies de los aviones deben volverse a pintar después de un cierto período, pero antes de pintar, la pintura vieja debe eliminarse por completo.La inmersión/limpieza química es un método importante de decapado de pintura en el sector de la aviación, que genera importantes residuos químicos y la imposibilidad de lograr una eliminación localizada de la pintura para el mantenimiento.La limpieza con láser puede lograr una eliminación de pintura de alta calidad de la superficie del revestimiento del avión y se adapta fácilmente a la producción automatizada.Actualmente, esta tecnología ha comenzado a aplicarse en el mantenimiento de algunos modelos de aviones de alta gama en el extranjero.
5: Industria marítima
La limpieza previa a la producción en la industria marítima suele utilizar métodos de chorro de arena, lo que provoca una grave contaminación de polvo en el entorno circundante.La progresiva prohibición del arenado ha provocado una reducción de la producción o incluso el cierre de empresas de construcción naval.La tecnología de limpieza láser proporcionará una solución de limpieza ecológica y libre de contaminación para el revestimiento anticorrosión de las superficies de los barcos.
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。
Hora de publicación: 16 de enero de 2024