Tehnologia de curățare cu laser utilizează lasere cu lățime de puls îngustă și cu densitate mare de putere pe suprafața obiectului de curățat.Prin efectele combinate ale vibrației rapide, vaporizării, descompunerii și decojirea cu plasmă, contaminanții, petele de rugină sau acoperirile de pe suprafață suferă evaporare și detașare instantanee, realizând curățarea suprafeței.
Curățarea cu laser oferă avantaje precum non-contact, ecologic, precizie eficientă și nicio deteriorare a substratului, făcându-l aplicabil în diferite scenarii.
Curățare cu laser
Verde și eficient
Industria anvelopelor, industria energiei noi și industria mașinilor de construcții, printre altele, aplică pe scară largă curățarea cu laser.În era obiectivelor „dual carbon”, curățarea cu laser apare ca o nouă soluție pe piața tradițională de curățare datorită eficienței sale ridicate, controlabilității precise și caracteristicilor ecologice.
Conceptul de curățare cu laser:
Curățarea cu laser implică focalizarea fasciculelor laser pe suprafața materialului pentru a vaporiza sau îndepărta rapid contaminanții de suprafață, realizând curățarea suprafeței materialului.În comparație cu diferitele metode tradiționale de curățare fizică sau chimică, curățarea cu laser se caracterizează prin lipsa contactului, fără consumabile, fără poluare, precizie ridicată și deteriorare minimă sau deloc, ceea ce o face o alegere ideală pentru noua generație de tehnologie de curățare industrială.
Principiul curățării cu laser:
Principiul curățării cu laser este complex și poate implica atât procese fizice, cât și chimice.În multe cazuri, domină procesele fizice, însoțite de reacții chimice parțiale.Procesele principale pot fi clasificate în trei tipuri: proces de vaporizare, proces de șoc și proces de oscilație.
Procesul de gazificare:
Când iradierea cu laser de înaltă energie este aplicată pe suprafața unui material, suprafața absoarbe energia laserului și o transformă în energie internă, determinând creșterea rapidă a temperaturii suprafeței.Această creștere a temperaturii atinge sau depășește temperatura de vaporizare a materialului, determinând desprinderea contaminanților de pe suprafața materialului sub formă de vapori.Vaporizarea selectivă are loc adesea atunci când rata de absorbție a contaminanților la laser este semnificativ mai mare decât cea a substratului.Un exemplu tipic de aplicare este curățarea murdăriei de pe suprafețele de piatră.După cum se arată în diagrama de mai jos, contaminanții de pe suprafața pietrei absorb puternic laserul și sunt rapid vaporizați.Odată ce contaminanții sunt complet îndepărtați, iar laserul iradiază suprafața pietrei, absorbția este mai slabă și mai multă energie laser este împrăștiată de suprafața pietrei.În consecință, există o schimbare minimă a temperaturii suprafeței pietrei, protejând-o astfel de deteriorare.
Un proces tipic care implică în principal acțiune chimică are loc la curățarea contaminanților organici cu lasere cu lungime de undă ultravioletă, un proces cunoscut sub numele de ablație cu laser.Laserele ultraviolete au lungimi de undă mai scurte și energie fotonică mai mare.De exemplu, un laser excimer KrF cu o lungime de undă de 248 nm are o energie fotonică de 5 eV, care este de 40 de ori mai mare decât cea a fotonilor laser CO2 (0,12 eV).O astfel de energie fotonică mare este suficientă pentru a rupe legăturile moleculare din materialele organice, determinând ca legăturile CC, CH, CO etc. din contaminanții organici să se rupă la absorbția energiei fotonice a laserului, ducând la gazeificare pirolitică și îndepărtarea din suprafaţă.
Procesul de șoc în curățarea cu laser:
Procesul de șoc în curățarea cu laser implică o serie de reacții care apar în timpul interacțiunii dintre laser și material, având ca rezultat unde de șoc care afectează suprafața materialului.Sub influența acestor unde de șoc, contaminanții de suprafață se sparg în praf sau fragmente, desprinzându-se de pe suprafață.Mecanismele care provoacă aceste unde de șoc sunt variate, incluzând plasmă, vapori și fenomene de dilatare și contracție termică rapidă.
Luând ca exemplu undele de șoc cu plasmă, putem înțelege pe scurt cum procesul de șoc în curățarea cu laser elimină contaminanții de suprafață.Odată cu aplicarea laserelor cu lățime de impuls ultrascurtă (ns) și putere de vârf ultra-înaltă (107–1010 W／cm2), temperatura suprafeței poate crește brusc până la temperaturile de vaporizare chiar dacă absorbția de suprafață a laserului este slabă.Această creștere rapidă a temperaturii formează vapori deasupra suprafeței materialului, așa cum se arată în ilustrația (a).Temperatura vaporilor poate ajunge la 104 – 105 K, suficient pentru a ioniza vaporii în sine sau aerul din jur, formând o plasmă.Plasma blochează laserul să ajungă la suprafața materialului, posibil stopând vaporizarea suprafeței.Cu toate acestea, plasma continuă să absoarbă energia laserului, crescându-și și mai mult temperatura și creând o stare localizată de temperatură și presiune extrem de ridicată.Aceasta generează un impact momentan de 1-100 kbar pe suprafața materialului și se transmite progresiv spre interior, așa cum se arată în ilustrațiile (b) și (c).Sub impactul undei de șoc, contaminanții de suprafață se fracturează în praf, particule sau fragmente minuscule.Când laserul se îndepărtează de locația iradiată, plasma dispare prompt, creând o presiune negativă locală, iar particulele sau fragmentele de contaminanți sunt îndepărtate de pe suprafață, așa cum se arată în ilustrația (d).
Proces de oscilație în curățarea cu laser:
În procesul de oscilație al curățării cu laser, atât încălzirea, cât și răcirea materialului au loc extrem de rapid sub influența laserelor cu impulsuri scurte.Datorită diferiților coeficienți de dilatare termică ai diferitelor materiale, contaminanții de suprafață și substratul suferă dilatare termică de înaltă frecvență și contracție de grade diferite atunci când sunt expuse la iradierea laser cu impuls scurt.Acest lucru duce la un efect oscilant care face ca contaminanții să se desprindă de pe suprafața materialului.
În timpul acestui proces de peeling, vaporizarea materialului s-ar putea să nu aibă loc și nici nu se formează neapărat plasmă.În schimb, procesul se bazează pe forțele tăietoare generate la interfața dintre contaminant și substrat sub acțiunea oscilativă, care rupe legătura dintre ele.Studiile au arătat că o creștere ușoară a unghiului de incidență a laserului poate îmbunătăți contactul dintre laser, particulele de contaminare și interfața substratului.Această abordare scade pragul pentru curățarea cu laser, făcând efectul oscilator mai pronunțat și îmbunătățind eficiența curățării.Cu toate acestea, unghiul de incidență nu trebuie să fie prea mare, deoarece un unghi foarte mare poate reduce densitatea de energie care acționează pe suprafața materialului, slăbind astfel capacitatea de curățare a laserului.
Aplicații industriale ale curățării cu laser:
1: Industria matriței
Curățarea cu laser permite curățarea fără contact a matrițelor, asigurând siguranța suprafețelor mucegaiului.Garantează precizie și poate curăța particulele de murdărie de nivel sub-micron pe care metodele tradiționale de curățare ar putea avea dificultăți să le îndepărteze.Acest lucru realizează o curățare fără poluare, eficientă și de înaltă calitate.
2: Industria instrumentelor de precizie
În industriile mecanice de precizie, esteri și uleiuri minerale utilizate pentru lubrifiere și rezistența la coroziune trebuie îndepărtați adesea componentelor.Metodele chimice sunt utilizate în mod obișnuit pentru curățare, dar adesea lasă reziduuri.Curățarea cu laser poate îndepărta complet esterii și uleiurile minerale fără a deteriora suprafața componentelor.Exploziile induse de laser ale straturilor de oxid de pe suprafețele componentelor duc la unde de șoc, determinând îndepărtarea contaminanților fără interacțiune mecanică.
3: Industria feroviară
În prezent, curățarea șinei înainte de sudare folosește în principal șlefuirea și șlefuirea roților, ceea ce duce la deteriorarea gravă a substratului și la stres rezidual.Mai mult, consumă o cantitate semnificativă de consumabile abrazive, rezultând costuri mari și poluare gravă cu praf.Curățarea cu laser poate oferi o tehnică de curățare de înaltă calitate, eficientă și ecologică pentru producția de șine feroviare de mare viteză în China.Acesta abordează probleme precum găurile de șină fără sudură, petele gri și defecte de sudură, sporind stabilitatea și siguranța operațiunilor feroviare de mare viteză.
4: Industria aviației
Suprafețele aeronavelor trebuie revopsite după o anumită perioadă, dar înainte de vopsire, vopseaua veche trebuie îndepărtată complet.Imersia/Ștergerea chimică este o metodă majoră de decapare a vopselei în sectorul aviației, care provoacă deșeuri chimice substanțiale și o incapacitate de a realiza îndepărtarea locală a vopselei pentru întreținere.Curățarea cu laser poate obține o îndepărtare de înaltă calitate a vopselei de pe suprafața pielii aeronavei și este ușor de adaptat la producția automată.În prezent, această tehnologie a început să fie aplicată în întreținerea unor modele de aeronave high-end în străinătate.
5: Industria maritimă
Curățarea pre-producție în industria maritimă folosește în mod obișnuit metode de sablare, provocând o poluare severă cu praf în mediul înconjurător.Pe măsură ce sablarele este interzisă treptat, aceasta a dus la reducerea producției sau chiar la opriri pentru companiile de construcții navale.Tehnologia de curățare cu laser va oferi o soluție de curățare ecologică și fără poluare pentru acoperirea anticorozivă a suprafețelor navelor.
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。
Ora postării: 16-ian-2024