Технология лазерной очистки использует лазеры с узкой шириной импульса и высокой плотностью мощности на поверхности очищаемого объекта.Благодаря комбинированному воздействию быстрой вибрации, испарения, разложения и плазменного пилинга загрязнения, пятна ржавчины или покрытия на поверхности мгновенно испаряются и отслаиваются, обеспечивая очистку поверхности.
Лазерная очистка предлагает такие преимущества, как бесконтактная, экологически чистая, эффективная точность и отсутствие повреждения подложки, что делает ее применимой в различных сценариях.
Лазерная чистка
Экологичность и эффективность
Лазерная очистка широко применяется в шинной промышленности, новой энергетике и строительной технике.В эпоху целей «двойного углерода» лазерная очистка становится новым решением на рынке традиционной очистки благодаря своей высокой эффективности, точному управлению и экологически чистым характеристикам.
Концепция лазерной очистки:
Лазерная очистка включает в себя фокусировку лазерных лучей на поверхности материала для быстрого испарения или удаления поверхностных загрязнений, обеспечивая очистку поверхности материала.По сравнению с различными традиционными методами физической или химической очистки, лазерная очистка отличается отсутствием контакта, расходных материалов, загрязнений, высокой точностью и минимальным повреждением или его отсутствием, что делает его идеальным выбором для нового поколения технологий промышленной очистки.
Принцип лазерной очистки:
Принцип лазерной очистки сложен и может включать как физические, так и химические процессы.Во многих случаях доминируют физические процессы, сопровождающиеся частичными химическими реакциями.Основные процессы можно разделить на три типа: процесс испарения, ударный процесс и колебательный процесс.
Процесс газификации:
Когда высокоэнергетическое лазерное излучение применяется к поверхности материала, поверхность поглощает лазерную энергию и преобразует ее во внутреннюю энергию, вызывая быстрое повышение температуры поверхности.Это повышение температуры достигает или превышает температуру испарения материала, в результате чего загрязняющие вещества отделяются от поверхности материала в виде пара.Селективное испарение часто происходит, когда скорость поглощения загрязнений лазером значительно выше, чем скорость поглощения подложки.Типичный пример применения – очистка каменных поверхностей от грязи.Как показано на диаграмме ниже, загрязнения на поверхности камня сильно поглощают лазер и быстро испаряются.Когда загрязнения полностью удалены и лазер облучает поверхность камня, поглощение становится слабее, и поверхность камня рассеивает больше энергии лазера.Следовательно, изменение температуры поверхности камня минимально, что защищает ее от повреждений.
Типичный процесс, включающий главным образом химическое воздействие, происходит при очистке органических загрязнений с помощью ультрафиолетовых лазеров. Это процесс, известный как лазерная абляция.Ультрафиолетовые лазеры имеют более короткие длины волн и более высокую энергию фотонов.Например, эксимерный лазер KrF с длиной волны 248 нм имеет энергию фотонов 5 эВ, что в 40 раз превышает энергию фотонов СО2-лазера (0,12 эВ).Такой высокой энергии фотонов достаточно, чтобы разорвать молекулярные связи в органических материалах, вызывая разрушение связей CC, CH, CO и т. д. в органических загрязнителях при поглощении энергии фотонов лазера, что приводит к пиролитической газификации и удалению из поверхность.
Ударный процесс при лазерной очистке:
Ударный процесс при лазерной очистке включает в себя ряд реакций, возникающих во время взаимодействия лазера с материалом, в результате которых на поверхность материала воздействуют ударные волны.Под воздействием этих ударных волн поверхностные загрязнения разбиваются на пыль или фрагменты, отслаиваясь от поверхности.Механизмы, вызывающие эти ударные волны, разнообразны, включая плазму, пар и явления быстрого теплового расширения и сжатия.
На примере плазменных ударных волн мы можем вкратце понять, как ударный процесс при лазерной очистке удаляет поверхностные загрязнения.При использовании лазеров со сверхкороткой длительностью импульса (нс) и сверхвысокой пиковой мощностью (107–1010 Вт/см2) температура поверхности может резко повышаться до температуры испарения, даже если поверхностное поглощение лазера слабое.В результате быстрого повышения температуры над поверхностью материала образуется пар, как показано на рисунке (а).Температура пара может достигать 104–105 К, чего достаточно для ионизации самого пара или окружающего воздуха, образуя плазму.Плазма блокирует достижение лазером поверхности материала, возможно, останавливая испарение поверхности.Однако плазма продолжает поглощать энергию лазера, еще больше повышая ее температуру и создавая локализованное состояние с чрезвычайно высокой температурой и давлением.Это создает мгновенное воздействие силой 1–100 кбар на поверхность материала и постепенно распространяется внутрь, как показано на рисунках (b) и (c).Под воздействием ударной волны поверхностные загрязнения распадаются на мельчайшую пыль, частицы или фрагменты.Когда лазер удаляется от места облучения, плазма быстро исчезает, создавая локальное отрицательное давление, а частицы или фрагменты загрязнений удаляются с поверхности, как показано на иллюстрации (г).
Колебательный процесс при лазерной очистке:
В колебательном процессе лазерной очистки как нагрев, так и охлаждение материала происходят чрезвычайно быстро под воздействием лазеров коротких импульсов.Из-за различных коэффициентов теплового расширения различных материалов поверхностные загрязнения и подложка подвергаются высокочастотному тепловому расширению и сжатию различной степени под воздействием короткоимпульсного лазерного излучения.Это приводит к колебательному эффекту, который заставляет загрязнения отслаиваться от поверхности материала.
Во время этого процесса отслаивания может не происходить испарение материала и не обязательно образовываться плазма.Вместо этого процесс опирается на силы сдвига, возникающие на границе раздела между загрязнителем и подложкой под колебательным действием, которые разрывают связь между ними.Исследования показали, что небольшое увеличение угла падения лазера может улучшить контакт между лазером, частицами загрязнений и границей раздела подложки.Такой подход снижает порог лазерной очистки, делая колебательный эффект более выраженным и повышая эффективность очистки.Однако угол падения не должен быть слишком большим, так как очень большой угол может снизить плотность энергии, действующую на поверхность материала, тем самым ослабляя очищающую способность лазера.
Промышленное применение лазерной очистки:
1: Производство пресс-форм
Лазерная очистка обеспечивает бесконтактную очистку форм, обеспечивая безопасность поверхностей форм.Он гарантирует точность и может очищать частицы грязи субмикронного уровня, которые традиционные методы очистки с трудом удаляют.Это обеспечивает по-настоящему экологически чистую, эффективную и качественную очистку.
2: Промышленность прецизионных приборов
В прецизионном машиностроении из компонентов часто требуется удаление сложных эфиров и минеральных масел, используемых для смазки и защиты от коррозии.Для очистки обычно используются химические методы, но они часто оставляют следы.Лазерная очистка позволяет полностью удалить эфиры и минеральные масла, не повреждая поверхность компонентов.Лазерные взрывы оксидных слоев на поверхности деталей приводят к возникновению ударных волн, вызывающих удаление загрязнений без механического взаимодействия.
3: Железнодорожная отрасль
В настоящее время при очистке рельсов перед сваркой преимущественно используется шлифовка и шлифовка колес, что приводит к серьезному повреждению подложки и остаточным напряжениям.Кроме того, при этом расходуется значительное количество абразивных расходных материалов, что приводит к высоким затратам и серьезному загрязнению пылью.Лазерная очистка может стать высококачественным, эффективным и экологически чистым методом очистки высокоскоростных железнодорожных путей в Китае.Он решает такие проблемы, как бесшовные отверстия в рельсах, серые пятна и дефекты сварки, повышая стабильность и безопасность высокоскоростных железнодорожных перевозок.
4: Авиационная промышленность
Поверхности самолета через определенный период необходимо перекрашивать, но перед покраской старую краску необходимо полностью удалить.Химическое погружение/очистка является основным методом удаления краски в авиационной отрасли, вызывающим значительные химические отходы и не позволяющим добиться локального удаления краски при техническом обслуживании.Лазерная очистка позволяет добиться качественного удаления краски с поверхности обшивки самолета и легко адаптируется к автоматизированному производству.В настоящее время эта технология начала применяться при обслуживании некоторых высококлассных моделей самолетов за рубежом.
5: Морская индустрия
Для предпроизводственной очистки в морской отрасли обычно используются методы пескоструйной обработки, что приводит к сильному загрязнению окружающей среды пылью.Поскольку пескоструйная очистка постепенно запрещается, это привело к сокращению производства или даже остановке судостроительных компаний.Технология лазерной очистки обеспечит экологичное и экологически чистое чистящее средство для антикоррозионного покрытия поверхностей судов.
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。
Время публикации: 16 января 2024 г.