Высокотехнологичное производство, энергосбережение и сокращение выбросов испытывают все более острую потребность в передовых процессах.Что касается промышленной обработки поверхностей, существует острая необходимость комплексного обновления технологий и процессов.Традиционные процессы промышленной очистки, такие как очистка механическим трением, очистка от химической коррозии, очистка сильным ударом, высокочастотная ультразвуковая очистка, не только имеют длительные циклы очистки, но и сложны в автоматизации, оказывают вредное воздействие на окружающую среду и не позволяют достичь желаемый очищающий эффект.Он не может хорошо удовлетворить потребности тонкой обработки.
Прецизионные лазерные чистящие машины: революционеры в промышленной очистке
Однако из-за все более заметных противоречий между защитой окружающей среды, высокой эффективностью и высокой точностью традиционные методы промышленной очистки сталкиваются с серьезными проблемами.В то же время появились различные технологии очистки, способствующие защите окружающей среды и подходящие для деталей в области ультрафинишной обработки, и технология лазерной очистки является одной из них.
Концепция лазерной очистки
Лазерная очистка — это технология, в которой сфокусированный лазер воздействует на поверхность материала для быстрого испарения или удаления загрязнений с поверхности и очистки поверхности материала.По сравнению с различными традиционными физическими или химическими методами очистки лазерная очистка отличается бесконтактностью, отсутствием расходных материалов, отсутствием загрязнения, высокой точностью, отсутствием повреждений или небольших повреждений и является идеальным выбором для нового поколения технологий промышленной очистки.
Принцип работы машины лазерной очистки
Принцип работы машины лазерной очистки более сложен и может включать как физические, так и химические процессы.Во многих случаях основным процессом являются физические процессы, сопровождающиеся некоторыми химическими реакциями.Основные процессы можно разделить на три категории: процесс газификации, ударный процесс и колебательный процесс.
Процесс газификации
Когда высокоэнергетический лазер облучается на поверхность материала, поверхность поглощает энергию лазера и преобразует ее во внутреннюю энергию, так что температура поверхности быстро повышается и достигает температуры испарения материала, так что загрязняющие вещества отделяется от поверхности материала в виде пара.Селективное испарение обычно происходит, когда скорость поглощения лазерного света поверхностными загрязнениями значительно выше, чем скорость поглощения подложки.Типичный случай применения – очистка от грязи каменных поверхностей.Как показано на рисунке ниже, загрязняющие вещества на поверхности камня сильно поглощают лазер и быстро испаряются.Когда загрязняющие вещества удаляются и лазер облучается на поверхности камня, поглощение слабое, больше энергии лазера рассеивается поверхностью камня, изменение температуры поверхности камня невелико, и поверхность камня защищена от повреждений.
Типичный химический процесс происходит, когда для очистки органических загрязнений используется лазер ультрафиолетового диапазона, который называется лазерной абляцией.Ультрафиолетовые лазеры имеют короткие длины волн и высокую энергию фотонов.Например, эксимерные лазеры KrF имеют длину волны 248 нм и энергию фотонов до 5 эВ, что в 40 раз превышает энергию фотонов CO2-лазера (0,12 эВ).Такой высокой энергии фотонов достаточно, чтобы разрушить молекулярные связи органического вещества, так что CC, CH, CO и т. д. в органических загрязнителях разрушаются после поглощения энергии фотонов лазера, что приводит к пиролизной газификации и удалению с поверхности.
Шоковый процесс
Ударный процесс представляет собой серию реакций, возникающих при взаимодействии лазера с материалом, после чего на поверхности материала образуется ударная волна.Под действием ударной волны поверхностные загрязнения разбиваются и превращаются в пыль или мусор, отслаивающийся от поверхности.Существует множество механизмов, вызывающих ударные волны, включая плазму, пар, а также быстрое тепловое расширение и сжатие.На примере плазменных ударных волн можно кратко понять, как ударный процесс при лазерной очистке удаляет поверхностные загрязнения.При использовании лазеров со сверхкороткой шириной импульса (нс) и сверхвысокой пиковой мощностью (107–1010 Вт/см2) температура поверхности все равно будет резко повышаться, даже если поверхность слегка поглощает лазер, мгновенно достигая температуры испарения.Выше пар образовался над поверхностью материала, как показано в (а) на следующем рисунке.Температура пара может достигать 104 – 105 К, что может ионизировать сам пар или окружающий воздух с образованием плазмы.Плазма заблокирует достижение лазером поверхности материала, и испарение поверхности материала может прекратиться, но плазма продолжит поглощать энергию лазера, а температура будет продолжать расти, образуя локализованное состояние сверхвысокая температура и высокое давление, создающее мгновенное давление 1-100 кбар на поверхности материала.Удар постепенно переносится внутрь материала, как показано на рисунках (b) и (c) ниже.Под действием ударной волны поверхностные загрязнения разбиваются на мельчайшую пыль, частицы или фрагменты.Когда лазер удаляется от места облучения, плазма исчезает и локально создается отрицательное давление, а частицы или остатки загрязнений удаляются с поверхности, как показано на рисунке (d) ниже.
Колебательный процесс
Под действием коротких импульсов процессы нагрева и охлаждения материала происходят чрезвычайно быстро.Поскольку разные материалы имеют разные коэффициенты теплового расширения, под воздействием короткоимпульсного лазера поверхностные загрязнения и подложка подвергаются высокочастотному тепловому расширению и сжатию разной степени, что приводит к колебаниям, вызывающим отслаивание загрязнений от поверхности. материал.Во время этого процесса отшелушивания испарение материала может не происходить и плазма не может образовываться.Вместо этого сдвиговая сила, образующаяся на границе раздела загрязнителя и подложки под действием колебаний, разрушает связь между загрязнением и подложкой..Исследования показали, что при небольшом увеличении угла падения лазера контакт между лазером, загрязнением частиц и границей раздела подложки может быть увеличен, порог лазерной очистки может быть снижен, эффект колебаний становится более очевидным, и эффективность очистки выше.Однако угол падения не должен быть слишком большим.Слишком большой угол падения уменьшит плотность энергии, действующую на поверхность материала, и ослабит очищающую способность лазера.
Промышленное применение лазерных очистителей
Пресс-формы
Лазерный очиститель может осуществлять бесконтактную очистку формы, что очень безопасно для поверхности формы, обеспечивает ее точность и может очищать субмикронные частицы грязи, которые не могут быть удалены традиционными методами очистки, поэтому для достижения действительно экологически чистой, эффективной и качественной очистки.
Прецизионная приборостроительная промышленность
В отрасли точного машиностроения часто приходится удалять из деталей сложные эфиры и минеральные масла, используемые для смазки и защиты от коррозии, обычно химическим путем, а химическая очистка часто оставляет следы.Лазерная деэтерификация позволяет полностью удалить эфиры и минеральные масла, не повреждая поверхность деталей.Лазер способствует взрывной газификации тонкого оксидного слоя на поверхности детали с образованием ударной волны, что приводит к удалению загрязнений, а не к механическому взаимодействию.
Железнодорожная промышленность
В настоящее время при всей предсварочной очистке рельсов применяется очистка шлифовальным кругом и абразивной лентой, что приводит к серьезному повреждению основы и серьезному остаточному напряжению, а также ежегодно потребляет много расходных материалов для шлифовальных кругов, что является дорогостоящим и приводит к серьезным последствиям. загрязнение окружающей среды пылью.Лазерная очистка может обеспечить высококачественную и эффективную технологию «зеленой» очистки для производства высокоскоростных железнодорожных путей в моей стране, решить вышеуказанные проблемы, устранить дефекты сварки, такие как бесшовные отверстия рельсов и серые пятна, а также улучшить стабильность и безопасность высоких железных дорог моей страны. -скоростная эксплуатация железных дорог.
Авиационная индустрия
Поверхность самолета необходимо перекрасить через определенный промежуток времени, но перед покраской необходимо полностью удалить исходную старую краску.Химическое замачивание/очистка является основным методом удаления краски в авиационной сфере.При таком методе образуется большое количество химических вспомогательных отходов, а добиться локального ремонта и снятия краски невозможно.Этот процесс является большой трудоемкостью и вреден для здоровья.Лазерная очистка позволяет качественно удалить краску с поверхностей обшивки самолета и легко автоматизируется в производстве.В настоящее время технология лазерной очистки применяется для обслуживания некоторых моделей высокого класса.
Судовая промышленность
В настоящее время при предпроизводственной очистке судов в основном используется метод пескоструйной обработки.Метод пескоструйной обработки привел к серьезному загрязнению окружающей среды пылью и постепенно был запрещен, что привело к сокращению или даже приостановке производства судостроительными компаниями.Технология лазерной очистки обеспечит экологичное и экологически чистое чистящее средство для антикоррозионного распыления на поверхности корабля.
Вооружение
Технология лазерной очистки широко используется при обслуживании оружия.Система лазерной очистки позволяет эффективно и быстро удалять ржавчину и загрязнения, а также выбирать очищающую часть для автоматизации очистки.При использовании лазерной очистки чистота не только выше, чем при химической очистке, но и практически не повреждается поверхность объекта.Устанавливая различные параметры, машина для лазерной очистки также может образовывать плотную оксидную защитную пленку или слой плавления металла на поверхности металлических предметов для улучшения поверхностной прочности и коррозионной стойкости.Удаляемые лазером отходы практически не загрязняют окружающую среду, а также его можно эксплуатировать на большом расстоянии, что эффективно снижает вред здоровью оператора.
Экстерьер здания
Строится все больше и больше небоскребов, и проблема очистки наружных стен становится все более актуальной.Система лазерной очистки хорошо очищает наружные стены зданий посредством оптоволокна.Решение максимальной длиной 70 метров способно эффективно очищать различные загрязнения на различных камнях, металлах и стекле, причем его эффективность намного выше, чем у обычной очистки.Он также может удалить черные пятна и пятна с различных камней в зданиях.Испытания системы лазерной очистки зданий и каменных памятников показывают, что лазерная очистка хорошо влияет на защиту внешнего вида старинных зданий.
Электронная промышленность
В электронной промышленности для удаления оксидов используются лазеры. Электронная промышленность требует высокоточной дезактивации, поэтому лазерное раскисление особенно подходит.Выводы компонентов должны быть тщательно раскислены перед пайкой платы, чтобы обеспечить оптимальный электрический контакт, а выводы не должны быть повреждены в процессе обеззараживания.Лазерная очистка отвечает требованиям использования, ее эффективность очень высока, и для каждой иглы требуется только одно лазерное облучение.
Атомная электростанция
Системы лазерной очистки также используются при очистке труб реакторов на атомных электростанциях.Он использует оптическое волокно для подачи мощного лазерного луча в реактор для непосредственного удаления радиоактивной пыли, а очищенный материал легко очищается.А поскольку управление осуществляется на расстоянии, можно гарантировать безопасность персонала.
Краткое содержание
Современная передовая обрабатывающая промышленность стала командной высотой международной конкуренции.Являясь передовой системой в лазерном производстве, машина для лазерной очистки имеет большой потенциал для применения в промышленном развитии.Активно развивающаяся технология лазерной очистки имеет очень важное стратегическое значение для экономического и социального развития.