Технологія лазерного очищення використовує лазери з вузькою шириною імпульсу та високою щільністю потужності на поверхні об’єкта, який очищається.Завдяки комбінованим ефектам швидкої вібрації, випаровування, розкладання та плазмового відшаровування забруднення, плями іржі або покриття на поверхні миттєво випаровуються та відшаруються, досягаючи очищення поверхні.
Лазерне очищення пропонує такі переваги, як безконтактність, екологічність, ефективна точність і відсутність пошкодження підкладки, що робить його застосовним у різних сценаріях.
Лазерна чистка
Екологічний і ефективний
Шинна промисловість, індустрія нової енергетики та промисловість будівельних машин, зокрема, широко застосовують лазерне очищення.В епоху цілей «подвійного вуглецю» лазерне очищення стає новим рішенням на ринку традиційного очищення завдяки своїй високій ефективності, точній керованості та екологічним характеристикам.
Концепція лазерного очищення:
Лазерне очищення передбачає фокусування лазерних променів на поверхні матеріалу для швидкого випаровування або видалення поверхневих забруднень, досягаючи очищення поверхні матеріалу.У порівнянні з різними традиційними фізичними або хімічними методами очищення, лазерне очищення характеризується відсутністю контакту, витратними матеріалами, відсутністю забруднення, високою точністю та мінімальними пошкодженнями або без них, що робить його ідеальним вибором для нового покоління промислових технологій очищення.
Принцип лазерного очищення:
Принцип лазерного очищення складний і може включати як фізичні, так і хімічні процеси.У багатьох випадках домінують фізичні процеси, що супроводжуються частковими хімічними реакціями.Основні процеси можна розділити на три типи: процес випаровування, процес удару та процес коливання.
Процес газифікації:
Коли на поверхню матеріалу подається високоенергетичне лазерне випромінювання, поверхня поглинає енергію лазера та перетворює її на внутрішню енергію, що призводить до швидкого підвищення температури поверхні.Це підвищення температури досягає або перевищує температуру випаровування матеріалу, в результаті чого забруднення відриваються від поверхні матеріалу у вигляді пари.Вибіркове випаровування часто відбувається, коли швидкість поглинання забруднювачів лазера значно вища, ніж у підкладки.Типовим прикладом застосування є очищення кам'яних поверхонь від забруднень.Як показано на діаграмі нижче, забруднення на поверхні каменю сильно поглинають лазер і швидко випаровуються.Коли забруднення повністю видалені, і лазер опромінює поверхню каменю, поглинання слабшає, і більше енергії лазера розсіюється поверхнею каменю.Таким чином, відбувається мінімальна зміна температури поверхні каменю, тим самим захищаючи його від пошкоджень.
Типовий процес, який передусім включає хімічну дію, відбувається під час очищення органічних забруднень ультрафіолетовими лазерами з довжиною хвилі, процес, відомий як лазерна абляція.Ультрафіолетові лазери мають меншу довжину хвилі та вищу енергію фотонів.Наприклад, ексимерний KrF-лазер з довжиною хвилі 248 нм має енергію фотонів 5 еВ, що в 40 разів перевищує енергію фотонів CO2-лазера (0,12 еВ).Такої високої енергії фотонів достатньо, щоб розірвати молекулярні зв’язки в органічних матеріалах, спричиняючи руйнування зв’язків CC, CH, CO тощо в органічних забрудненнях після поглинання енергії фотонів лазера, що призводить до піролітичної газифікації та видалення з поверхні.
Ударний процес при лазерному очищенні:
Ударний процес у лазерному очищенні включає низку реакцій, які відбуваються під час взаємодії між лазером і матеріалом, у результаті чого ударні хвилі впливають на поверхню матеріалу.Під впливом цих ударних хвиль поверхневі забруднення розсипаються на пил або осколки, відшаровуючись від поверхні.Механізми, що викликають ці ударні хвилі, різноманітні, включаючи плазму, пару та явища швидкого теплового розширення та стиснення.
На прикладі плазмових ударних хвиль ми можемо коротко зрозуміти, як ударний процес у лазерному очищенні видаляє поверхневі забруднення.Із застосуванням лазерів із ультракороткою шириною імпульсу (нс) і надвисокою піковою потужністю (107–1010 Вт/см2) температура поверхні може різко зрости до температур випаровування, навіть якщо поверхневе поглинання лазера слабке.Це швидке підвищення температури утворює пару над поверхнею матеріалу, як показано на малюнку (а).Температура пари може досягати 104-105 К, достатньої для іонізації самої пари або навколишнього повітря, утворюючи плазму.Плазма блокує потрапляння лазера на поверхню матеріалу, що, можливо, призупиняє випаровування поверхні.Однак плазма продовжує поглинати лазерну енергію, ще більше підвищуючи свою температуру та створюючи локалізований стан надзвичайно високої температури та тиску.Це створює миттєвий вплив 1-100 кбар на поверхню матеріалу та поступово передається всередину, як показано на ілюстраціях (b) і (c).Під впливом ударної хвилі поверхневі забруднення розбиваються на дрібний пил, частинки або осколки.Коли лазер віддаляється від місця опромінення, плазма миттєво зникає, створюючи локальний негативний тиск, і частки або фрагменти забруднень видаляються з поверхні, як показано на ілюстрації (d).
Коливальний процес у лазерному очищенні:
У осциляційному процесі лазерного очищення як нагрівання, так і охолодження матеріалу відбувається надзвичайно швидко під впливом короткоімпульсних лазерів.Через різні коефіцієнти теплового розширення різних матеріалів поверхневі забруднення та підкладка зазнають високочастотного теплового розширення та звуження різного ступеня під дією короткоімпульсного лазерного випромінювання.Це призводить до коливального ефекту, який змушує забруднення відшаровуватися від поверхні матеріалу.
Під час цього процесу відшарування може не відбуватися випаровування матеріалу, а також не обов’язково утворюватися плазма.Замість цього процес покладається на сили зсуву, що виникають на межі розділу між забрудненням і субстратом під дією коливань, які розривають зв’язок між ними.Дослідження показали, що невелике збільшення кута падіння лазера може посилити контакт між лазером, частинками забруднювачів і поверхнею розділу підкладки.Такий підхід знижує поріг для лазерного очищення, роблячи коливальний ефект більш вираженим і підвищуючи ефективність очищення.Однак кут падіння не повинен бути занадто великим, оскільки дуже високий кут може зменшити щільність енергії, що діє на поверхню матеріалу, тим самим послаблюючи здатність лазера до очищення.
Промислове застосування лазерного очищення:
1: Промисловість цвілі
Лазерне очищення дозволяє безконтактно очищати форми, забезпечуючи безпеку поверхонь форми.Він гарантує точність і може очищати частинки бруду субмікронного рівня, які традиційні методи очищення можуть важко видалити.Це забезпечує справжнє очищення без забруднення, ефективне та високоякісне.
2: Виробництво прецизійних приладів
У промисловості точної механіки з компонентів часто потрібно видаляти складні ефіри та мінеральні масла, які використовуються для змащування та стійкості до корозії.Для очищення зазвичай використовуються хімічні методи, але вони часто залишають залишки.Лазерне очищення може повністю видалити ефіри та мінеральні масла, не пошкоджуючи поверхню компонентів.Індуковані лазером вибухи оксидних шарів на поверхнях компонентів призводять до ударних хвиль, що призводить до видалення забруднень без механічної взаємодії.
3: Залізнична промисловість
В даний час для очищення рейок перед зварюванням переважно використовується шліфування та шліфування коліс, що призводить до серйозного пошкодження основи та залишкової напруги.Крім того, він споживає значну кількість абразивних витратних матеріалів, що призводить до високих витрат і значного забруднення пилом.Лазерне очищення може забезпечити високоякісну, ефективну та екологічно чисту технологію очищення для виробництва високошвидкісних залізничних колій у Китаї.Він вирішує такі проблеми, як безшовні отвори в рейках, сірі плями та дефекти зварювання, підвищуючи стабільність і безпеку роботи високошвидкісної залізниці.
4: Авіаційна промисловість
Через деякий час поверхні літаків потрібно перефарбовувати, але перед фарбуванням стару фарбу необхідно повністю видалити.Хімічне занурення/витирання є основним методом зняття фарби в авіаційному секторі, що спричиняє значні хімічні відходи та неможливість досягти локального видалення фарби для технічного обслуговування.Лазерне очищення дозволяє досягти високоякісного видалення фарби з поверхні обшивки літака і легко адаптується до автоматизованого виробництва.В даний час ця технологія почала застосовуватися в обслуговуванні деяких висококласних моделей літаків за кордоном.
5: Морська промисловість
Під час підготовки до виробництва в морській промисловості зазвичай використовуються методи піскоструминної обробки, що спричиняє сильне забруднення навколишнього середовища пилом.Оскільки піскоструминна обробка поступово забороняється, це призвело до скорочення виробництва або навіть зупинки суднобудівних компаній.Технологія лазерного очищення забезпечить екологічне та чисте рішення для очищення антикорозійного покриття поверхонь суден.
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。
Час публікації: 16 січня 2024 р