Laserreinigingstechnologie maakt gebruik van lasers met een smalle pulsbreedte en hoge vermogensdichtheid op het oppervlak van het te reinigen object.Door de gecombineerde effecten van snelle trillingen, verdamping, ontleding en plasmapeeling ondergaan verontreinigingen, roestvlekken of coatings op het oppervlak onmiddellijke verdamping en onthechting, waardoor oppervlaktereiniging wordt bereikt.
Laserreiniging biedt voordelen zoals contactloos, milieuvriendelijk, efficiënte precisie en geen beschadiging van de ondergrond, waardoor het toepasbaar is in diverse scenario’s.
Laserreiniging
Groen en efficiënt
Onder meer de bandenindustrie, de nieuwe energie-industrie en de bouwmachine-industrie passen laserreiniging op grote schaal toe.In het tijdperk van de 'dual carbon'-doelen komt laserreiniging op als een nieuwe oplossing in de traditionele schoonmaakmarkt vanwege de hoge efficiëntie, nauwkeurige beheersbaarheid en milieuvriendelijke eigenschappen.
Concept van laserreiniging:
Laserreiniging houdt in dat laserstralen op het materiaaloppervlak worden gefocusseerd om oppervlakteverontreinigingen snel te verdampen of af te pellen, waardoor reiniging van het materiaaloppervlak wordt bereikt.Vergeleken met verschillende traditionele fysische of chemische reinigingsmethoden wordt laserreiniging gekenmerkt door geen contact, geen verbruiksartikelen, geen vervuiling, hoge precisie en minimale of geen schade, waardoor het een ideale keuze is voor de nieuwe generatie industriële reinigingstechnologie.
Principe van laserreiniging:
Het principe van laserreiniging is complex en kan zowel fysische als chemische processen omvatten.In veel gevallen domineren fysische processen, vergezeld van gedeeltelijke chemische reacties.De belangrijkste processen kunnen worden onderverdeeld in drie typen: verdampingsproces, schokproces en oscillatieproces.
Vergassingsproces:
Wanneer laserstraling met hoge energie op het oppervlak van een materiaal wordt toegepast, absorbeert het oppervlak de laserenergie en zet deze om in interne energie, waardoor de oppervlaktetemperatuur snel stijgt.Deze temperatuurstijging bereikt of overschrijdt de verdampingstemperatuur van het materiaal, waardoor de verontreinigingen in de vorm van damp van het materiaaloppervlak loskomen.Selectieve verdamping vindt vaak plaats wanneer de absorptiesnelheid van de verontreinigingen door de laser aanzienlijk hoger is dan die van het substraat.Een typisch toepassingsvoorbeeld is het reinigen van vuil op stenen oppervlakken.Zoals weergegeven in het onderstaande diagram absorberen verontreinigingen op het steenoppervlak de laser sterk en worden ze snel verdampt.Zodra de verontreinigingen volledig zijn verwijderd en de laser het steenoppervlak bestraalt, is de absorptie zwakker en wordt er meer laserenergie door het steenoppervlak verstrooid.Bijgevolg is er een minimale verandering in de temperatuur van het steenoppervlak, waardoor het tegen beschadiging wordt beschermd.
Een typisch proces waarbij voornamelijk chemische actie betrokken is, vindt plaats bij het reinigen van organische verontreinigingen met lasers met ultraviolette golflengte, een proces dat bekend staat als laserablatie.Ultraviolette lasers hebben kortere golflengten en hogere fotonenenergie.Een KrF-excimeerlaser met een golflengte van 248 nm heeft bijvoorbeeld een fotonenenergie van 5 eV, wat 40 keer hoger is dan die van CO2-laserfotonen (0,12 eV).Een dergelijke hoge fotonenenergie is voldoende om de moleculaire bindingen in organische materialen te verbreken, waardoor de CC-, CH-, CO-bindingen in de organische verontreinigingen breken bij het absorberen van de fotonenenergie van de laser, wat leidt tot pyrolytische vergassing en verwijdering uit de oppervlak.
Schokproces bij laserreiniging:
Het schokproces bij laserreiniging omvat een reeks reacties die optreden tijdens de interactie tussen de laser en het materiaal, waardoor schokgolven op het oppervlak van het materiaal terechtkomen.Onder invloed van deze schokgolven vallen oppervlakteverontreinigingen uiteen in stof of fragmenten, die van het oppervlak loslaten.De mechanismen die deze schokgolven veroorzaken zijn gevarieerd, waaronder plasma-, damp- en snelle thermische uitzettings- en samentrekkingsverschijnselen.
Als we plasmaschokgolven als voorbeeld nemen, kunnen we kort begrijpen hoe het schokproces bij laserreiniging oppervlakteverontreinigingen verwijdert.Met de toepassing van lasers met ultrakorte pulsbreedte (ns) en ultrahoog piekvermogen (107–1010 W/cm2), kan de oppervlaktetemperatuur scherp stijgen tot verdampingstemperaturen, zelfs als de oppervlakteabsorptie van de laser zwak is.Deze snelle temperatuurstijging vormt damp boven het materiaaloppervlak, zoals weergegeven in afbeelding (a).De damptemperatuur kan 104 – 105 K bereiken, voldoende om de damp zelf of de omringende lucht te ioniseren en een plasma te vormen.Het plasma zorgt ervoor dat de laser het materiaaloppervlak niet kan bereiken, waardoor de verdamping van het oppervlak mogelijk wordt tegengehouden.Het plasma blijft echter laserenergie absorberen, waardoor de temperatuur verder stijgt en een plaatselijke toestand van extreem hoge temperatuur en druk ontstaat.Dit genereert een tijdelijke impact van 1-100 kbar op het materiaaloppervlak en zendt geleidelijk naar binnen, zoals weergegeven in afbeeldingen (b) en (c).Onder invloed van de schokgolf vallen oppervlakteverontreinigingen uiteen in kleine stofdeeltjes, deeltjes of fragmenten.Wanneer de laser zich van de bestraalde locatie verwijdert, verdwijnt het plasma onmiddellijk, waardoor een lokale negatieve druk ontstaat, en worden de deeltjes of fragmenten van de verontreinigingen van het oppervlak verwijderd, zoals weergegeven in afbeelding (d).
Oscillatieproces bij laserreiniging:
Bij het oscillatieproces van laserreiniging vindt onder invloed van kortepulslasers zowel de verwarming als de afkoeling van het materiaal extreem snel plaats.Als gevolg van de verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten van verschillende materialen ondergaan de oppervlakteverontreinigingen en het substraat hoogfrequente thermische uitzetting en samentrekking van verschillende graden bij blootstelling aan laserbestraling met korte pulsen.Dit leidt tot een oscillerend effect waardoor de verontreinigingen van het materiaaloppervlak loslaten.
Tijdens dit afpelproces vindt er mogelijk geen verdamping van het materiaal plaats en wordt er niet noodzakelijkerwijs plasma gevormd.In plaats daarvan is het proces afhankelijk van de schuifkrachten die worden gegenereerd op het grensvlak tussen de verontreiniging en het substraat onder de oscillerende werking, waardoor de binding daartussen wordt verbroken.Studies hebben aangetoond dat het enigszins vergroten van de laserinvalshoek het contact tussen de laser, de deeltjesvormige verontreinigingen en het grensvlak van het substraat kan verbeteren.Deze aanpak verlaagt de drempel voor laserreiniging, waardoor het oscillerende effect duidelijker wordt en de reinigingsefficiëntie wordt verbeterd.De invalshoek mag echter niet te groot zijn, omdat een zeer hoge hoek de energiedichtheid die op het materiaaloppervlak inwerkt kan verminderen, waardoor het reinigingsvermogen van de laser wordt verzwakt.
Industriële toepassingen van laserreiniging:
1: Vormindustrie
Laserreiniging maakt contactloze reiniging van mallen mogelijk, waardoor de veiligheid van maloppervlakken wordt gegarandeerd.Het garandeert precisie en kan vuildeeltjes op submicronniveau reinigen die traditionele reinigingsmethoden moeilijk kunnen verwijderen.Hierdoor wordt een echte vervuilingsvrije, efficiënte en hoogwaardige reiniging bereikt.
2: Industrie van precisie-instrumenten
In precisiemechanische industrieën moeten componenten vaak worden verwijderd van esters en minerale oliën die worden gebruikt voor smering en corrosiebestendigheid.Voor het reinigen worden vaak chemische methoden gebruikt, maar deze laten vaak resten achter.Laserreiniging kan esters en minerale oliën volledig verwijderen zonder het oppervlak van de componenten te beschadigen.Lasergeïnduceerde explosies van oxidelagen op de componentoppervlakken resulteren in schokgolven, waardoor verontreinigingen worden verwijderd zonder mechanische interactie.
3: Spoorwegindustrie
Momenteel wordt bij het reinigen van rails vóór het lassen voornamelijk gebruik gemaakt van slijpen en schuren van wielen, wat leidt tot ernstige schade aan het substraat en restspanning.Bovendien verbruikt het een aanzienlijke hoeveelheid schuurmiddelen, wat resulteert in hoge kosten en ernstige stofvervuiling.Laserreiniging kan een hoogwaardige, efficiënte en milieuvriendelijke reinigingstechniek bieden voor de productie van hogesnelheidsspoorlijnen in China.Het pakt problemen aan zoals naadloze railgaten, grijze vlekken en lasfouten, waardoor de stabiliteit en veiligheid van hogesnelheidsspoorwegen wordt verbeterd.
4: Luchtvaartindustrie
Vliegtuigoppervlakken moeten na een bepaalde periode opnieuw worden geverfd, maar vóór het schilderen moet de oude verf volledig worden verwijderd.Chemisch onderdompelen/afvegen is een belangrijke methode voor het verwijderen van verf in de luchtvaartsector, waardoor aanzienlijk chemisch afval ontstaat en het niet mogelijk is om plaatselijk verf te verwijderen voor onderhoud.Laserreiniging kan een hoogwaardige verwijdering van verf van het vliegtuighuidoppervlak bereiken en is eenvoudig aan te passen aan geautomatiseerde productie.Momenteel wordt deze technologie toegepast bij het onderhoud van enkele hoogwaardige vliegtuigmodellen in het buitenland.
5: Maritieme industrie
Bij pre-productiereiniging in de maritieme industrie wordt vaak gebruik gemaakt van zandstraalmethoden, waardoor ernstige stofvervuiling in de omgeving ontstaat.Omdat zandstralen geleidelijk wordt verboden, heeft dit geleid tot verminderde productie of zelfs sluiting van scheepsbouwbedrijven.Laserreinigingstechnologie zal een groene en vervuilingsvrije reinigingsoplossing bieden voor de anticorrosieve coating van scheepsoppervlakken.
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。
Posttijd: 16 januari 2024