Прецизионные лазерные очистители: революционеры в промышленной очистке
Высокотехнологичное производство, энергосбережение и сокращение выбросов все более остро нуждаются в передовых процессах. Что касается промышленной обработки поверхностей, то здесь остро стоит вопрос комплексной модернизации технологий и процессов. Традиционные промышленные процессы очистки, такие как механическая фрикционная очистка, химическая коррозионная очистка, очистка сильным ударом, высокочастотная ультразвуковая очистка, не только имеют длительные циклы очистки, но и их трудно автоматизировать, они оказывают вредное воздействие на окружающую среду и не позволяют достичь желаемого эффекта очистки. Они не могут в полной мере удовлетворить потребности тонкой обработки.
Однако, с учетом все более выраженных противоречий между защитой окружающей среды, высокой эффективностью и высокой точностью, традиционные методы промышленной очистки подвергаются серьезному сомнению. В то же время появились различные технологии очистки, способствующие защите окружающей среды и подходящие для деталей в области ультрафинишной обработки, и лазерная технология очистки является одной из них.
Концепция лазерной очистки
Лазерная очистка — это технология, которая использует сфокусированный лазер для воздействия на поверхность материала, чтобы быстро испарять или отслаивать загрязнения с поверхности, чтобы очистить поверхность материала. По сравнению с различными традиционными физическими или химическими методами очистки, лазерная очистка имеет такие характеристики, как отсутствие контакта, отсутствие расходных материалов, отсутствие загрязнения, высокая точность, отсутствие повреждений или небольшие повреждения, и является идеальным выбором для нового поколения промышленных технологий очистки.
Принцип работы лазерной очистной машины
Принцип лазерная чистящая машина более сложный и может включать как физические, так и химические процессы. Во многих случаях физические процессы являются основным процессом, сопровождаемым некоторыми химическими реакциями. Основные процессы можно разделить на 3 категории, включая процесс газификации, ударный процесс и процесс колебания.
Процесс газификации
Когда высокоэнергетический лазер облучает 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 отделяются от поверхности материала в виде пара. Селективное испарение обычно происходит, когда скорость поглощения лазерного света поверхностными загрязняющими веществами значительно выше, чем у подложки. Типичным случаем применения является очистка грязи на каменных поверхностях. Как показано на рисунке ниже, загрязняющие вещества на поверхности камня сильно поглощают лазер и быстро испаряются. Когда загрязняющие вещества удаляются и лазер облучает поверхность 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 лазер в ультрафиолетовом диапазоне используется для очистки органических загрязнений, что 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 выше, чем CO2 Энергия фотонов лазера (0.12 эВ). Такой высокой энергии фотонов достаточно для разрушения молекулярных связей 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.
Процесс шока
Ударный процесс представляет собой ряд реакций, которые происходят во время взаимодействия лазера с материалом, а затем на поверхности материала образуется ударная волна. Под действием ударной волны поверхностные загрязнения разрушаются и становятся пылью или мусором, отслаивающимся от поверхности. Существует множество механизмов, вызывающих ударные волны, включая плазму, пар и быстрое тепловое расширение и сжатие. Используя плазменные ударные волны в качестве примера, можно вкратце понять, как ударный процесс при лазерной очистке удаляет поверхностные загрязнения. При применении лазеров со сверхкороткой шириной импульса (нс) и сверхвысокой пиковой мощностью (107–1010 Вт/см2) температура поверхности все равно резко возрастет, даже если поверхность слегка поглощает лазер, мгновенно достигая температуры испарения. Выше, пар, образующийся 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, образуя плазму. Плазма будет блокировать лазер от достижения поверхности материала, и испарение поверхности материала может прекратиться, но плазма будет продолжать поглощать энергию лазера, и температура будет продолжать расти, образуя локализованное состояние сверхвысокой температуры и высокого давления, которое создает мгновенное давление 1-100 кбар на поверхности материала. Удар постепенно передается 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 обломки загрязнений удаляются с поверхности, как показано на рисунке (d) ниже.
Процесс колебания
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 будут подвергаться высокочастотному тепловому расширению и сжатию разной степени, что приведет к колебаниям, в результате чего загрязнения будут отслаиваться от поверхности материала. Во время этого процесса отшелушивания может не произойти испарение материала, и может не образоваться плазма. Вместо этого сила сдвига, образующаяся на границе раздела загрязнителя и подложки под действием колебаний, разрушает связь между загрязнителем и подложкой. . Исследования показали, что при небольшом увеличении угла падения лазера контакт между лазером и загрязнением частиц и границей раздела подложки может быть увеличен, порог лазерной очистки может быть снижен, эффект колебаний более очевиден, а эффективность очистки выше. Однако угол падения не должен быть слишком большим. Слишком большой угол падения снизит плотность энергии, действующую на поверхность материала, и ослабит очищающую способность лазера.
Применение лазерных очистителей в промышленности
Пресс-форм
Лазерный очиститель может осуществлять бесконтактную очистку формы, что совершенно безопасно для поверхности формы, может гарантировать ее точность и может очищать субмикронные частицы грязи, которые невозможно удалить традиционными методами очистки, что позволяет добиться действительно экологически чистой, эффективной и высококачественной очистки.
Индустрия прецизионных инструментов
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 вся предсварочная очистка рельсов осуществляется с помощью шлифовального круга и абразивной ленты, что наносит серьезный ущерб подложке и создает серьезное остаточное напряжение, а также потребляет много расходных материалов для шлифовального круга каждый год, что является дорогостоящим и вызывает серьезное 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 рельсовые отверстия и серые пятна, и повысить стабильность и безопасность эксплуатации высокоскоростных железных дорог моей страны.
Авиационная индустрия
Поверхность самолета необходимо перекрашивать через определенный промежуток времени, но оригинальную старую краску необходимо полностью удалить перед покраской. Химическое замачивание/протирание является основным методом удаления краски в области авиации. Этот метод приводит к большому количеству химических вспомогательных отходов, и невозможно добиться локального обслуживания и удаления краски. Этот процесс является тяжелым трудом и вреден для здоровья. Лазерная очистка обеспечивает высококачественное удаление краски с поверхностей обшивки самолета и легко автоматизируется для производства. В настоящее время технология лазерной очистки применяется для обслуживания некоторых высококлассных моделей.
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.
оружие
Технология лазерной очистки широко используется при обслуживании оружия. Система лазерной очистки может удалить ржавчину и загрязняющие вещества эффективно и быстро, и может выбрать очищаемую часть для реализации автоматизации очистки. Используя лазерную очистку, не только чистота выше, чем при химическом процессе очистки, но и практически не повреждает поверхность объекта. Задавая различные параметры, лазерная очистная машина может также образовывать плотную оксидную защитную пленку или слой расплавленного металла на поверхности металлических объектов для повышения прочности поверхности и коррозионной стойкости. Отходы, удаляемые лазером, в основном не загрязняют окружающую среду, и его также можно эксплуатировать на большом расстоянии, что эффективно снижает вред здоровью оператора.
Экстерьер здания
Строится все больше и больше небоскребов, и проблема очистки внешних стен зданий становится все более заметной. Система лазерной очистки хорошо очищает внешние стены зданий через оптоволокно. Решение с максимальной длиной 70 метров может эффективно очищать различные загрязняющие вещества на различных камнях, металлах и стекле, и его эффективность намного выше, чем у обычной очистки. Оно также может удалять черные пятна и пятна с различных камней в зданиях. Испытание очистки лазерной системы очистки на зданиях и каменных памятниках показывает, что лазерная очистка оказывает хорошее влияние на защиту внешнего вида древних зданий.
Электронная промышленность
Электронная промышленность использует лазеры для удаления окислов: Электронная промышленность требует высокоточной дезактивации, и лазерная дезоксидация особенно подходит. Выводы компонентов должны быть тщательно дезоксидированы перед пайкой платы, чтобы обеспечить оптимальный электрический контакт, и выводы не должны быть повреждены в процессе дезактивации. Лазерная очистка может соответствовать требованиям использования, а эффективность очень высока, и для каждой иглы требуется только одно лазерное облучение.
Атомная электростанция
Системы лазерной очистки также используются для очистки реакторных труб на атомных электростанциях. Он использует оптическое волокно для введения мощного лазерного луча в реактор для непосредственного удаления радиоактивной пыли, а очищенный материал легко очищается. А поскольку он управляется на расстоянии, можно гарантировать безопасность персонала.
Резюме
Современная передовая обрабатывающая промышленность стала командными высотами международной конкуренции. Как передовая система в лазерном производстве, лазерная очистная машина имеет большой потенциал для прикладной ценности в промышленном развитии. Энергично развивающаяся технология лазерной очистки имеет очень важное стратегическое значение для экономического и социального развития.
Дальнейшее чтение
18 лучших способов удаления ржавчины с металла
Для очистки ржавых металлических деталей можно использовать лазерные очистители, электроинструменты или химикаты, а для удаления ржавчины с металлических инструментов можно использовать самодельный очиститель ржавчины.
Сколько стоит удаление ржавчины лазером?
Стоимость лазерных машин для удаления ржавчины варьируется от 3,800 до 52,000 долларов США, начиная от маломощных и заканчивая мощными очистителями и автоматическими роботами для удаления ржавчины.
Лазерная очистка VS Пескоструйная очистка VS Струйная очистка сухим льдом
Каковы сходства, различия, преимущества и недостатки лазерной очистки, пескоструйной обработки и обработки сухим льдом? В этой статье они подробно сравниваются.
Практическое руководство по лазерной очистке для начинающих
В этом блоге вы узнаете, что такое лазерная очистная машина? Каковы ее особенности и преимущества? Как она работает? Для чего она используется? Сколько она стоит? Это практическое руководство по лазерной очистке для начинающих.
Импульсный лазер против непрерывного лазера для очистки и сварки
В чем разница между лазером непрерывной волны и импульсным лазером для очистки и сварки? Давайте сравним импульсный лазер и лазер непрерывной волны для металлических соединений, удаления ржавчины, снятия краски и удаления покрытия.
Что такое волоконный лазер? Оптика, характеристики, типы, применение, стоимость
Из этой статьи вы узнаете определение, характеристики, принципы, типы, оптику, стоимость волоконных лазеров, а также способы их использования при резке, гравировке, маркировке, сварке и очистке.