Producția de vârf și conservarea energiei și reducerea emisiilor au o nevoie din ce în ce mai urgentă de procese avansate.În ceea ce privește tratarea industrială a suprafețelor, este nevoie urgentă de o actualizare cuprinzătoare a tehnologiei și proceselor.Procesele tradiționale de curățare industrială, cum ar fi curățarea mecanică prin frecare, curățarea prin coroziune chimică, curățarea cu impact puternic, curățarea cu ultrasunete de înaltă frecvență, nu numai că au cicluri lungi de curățare, dar sunt dificil de automatizat, au efecte dăunătoare asupra mediului și nu reușesc să atingă efectul de curățare dorit.Nu poate satisface bine nevoile de prelucrare fină.
Mașini de curățare cu laser de precizie: perturbatori în curățarea industrială
Cu toate acestea, cu contradicțiile din ce în ce mai proeminente între protecția mediului, eficiență ridicată și precizie ridicată, metodele tradiționale de curățare industrială sunt foarte contestate.Totodată, au apărut diverse tehnologii de curățare care sunt favorabile protecției mediului și potrivite pentru piesele din domeniul ultrafinisării, iar tehnologia de curățare cu laser este una dintre acestea.
Concept de curățare cu laser
Curățarea cu laser este o tehnologie care folosește un laser focalizat pentru a acționa pe suprafața unui material pentru a vaporiza sau a îndepărta rapid contaminanții de pe suprafață, astfel încât să curețe suprafața materialului.În comparație cu diferite metode tradiționale de curățare fizică sau chimică, curățarea cu laser are caracteristicile fără contact, fără consumabile, fără poluare, precizie ridicată, fără daune sau daune mici și este o alegere ideală pentru o nouă generație de tehnologie de curățare industrială.
Principiul de funcționare al mașinii de curățare cu laser
Principiul mașinii de curățare cu laser este mai complicat și poate include atât procese fizice, cât și chimice.În multe cazuri, procesele fizice sunt procesul principal, însoțite de unele reacții chimice.Procesele principale pot fi clasificate în trei categorii, inclusiv procesul de gazeificare, procesul de șoc și procesul de oscilație.
Procesul de gazificare
Când laserul de înaltă energie este iradiat pe suprafața materialului, suprafața absoarbe energia laserului și o transformă în energie internă, astfel încât temperatura suprafeței crește rapid și ajunge peste temperatura de vaporizare a materialului, astfel încât poluanții să fie separată de suprafața materialului sub formă de abur.Vaporizarea selectivă are loc de obicei atunci când rata de absorbție a luminii laser de către contaminanții de suprafață este semnificativ mai mare decât cea a substratului.Un caz tipic de aplicare este curățarea murdăriei de pe suprafețele de piatră.După cum se arată în figura de mai jos, poluanții de pe suprafața pietrei au o absorbție puternică a laserului și sunt rapid vaporizați.Când poluanții sunt îndepărtați și laserul este iradiat pe suprafața pietrei, absorbția este slabă, mai multă energie laser este împrăștiată de suprafața pietrei, schimbarea temperaturii suprafeței pietrei este mică, iar suprafața pietrei este protejată de deteriorare.
Un proces chimic tipic are loc atunci când un laser în banda ultravioletă este utilizat pentru a curăța contaminanții organici, ceea ce se numește ablație cu laser.Laserele ultraviolete au lungimi de undă scurte și energie fotonică mare.De exemplu, laserele cu excimeri KrF au o lungime de undă de 248 nm și o energie fotonică de până la 5 eV, care este de 40 de ori mai mare decât energia fotonului laser CO2 (0,12 eV).O astfel de energie fotonică mare este suficientă pentru a distruge legăturile moleculare ale materiei organice, astfel încât CC, CH, CO, etc. din poluanții organici sunt rupte după absorbția energiei fotonice a laserului, ducând la gazeificare prin piroliză și îndepărtarea de la suprafață.
Proces de șoc
Procesul de șoc este o serie de reacții care apar în timpul interacțiunii dintre laser și material, iar apoi se formează o undă de șoc pe suprafața materialului.Sub acțiunea undei de șoc, contaminanții de suprafață se descompun și devin praf sau resturi dezlipite de pe suprafață.Există multe mecanisme care provoacă unde de șoc, inclusiv plasmă, abur și dilatare și contracție termică rapidă.Folosind undele de șoc cu plasmă ca exemplu, este posibil să înțelegem 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 mare (107–1010 W/cm2), temperatura suprafeței va crește în continuare brusc, chiar dacă suprafața absoarbe ușor laserul, atingând temperatura de vaporizare instantaneu.Mai sus, vaporii s-au format deasupra suprafeței materialului, așa cum se arată în (a) din figura următoare.Temperatura vaporilor poate ajunge la 104 – 105 K, ceea ce poate ioniza vaporii în sine sau aerul din jur pentru a forma o plasmă.Plasma va bloca laserul să nu ajungă la suprafața materialului, iar vaporizarea suprafeței materialului se poate opri, dar plasma va continua să absoarbă energia laserului, iar temperatura va continua să crească, formând o stare localizată de temperatură ultra-înaltă și presiune înaltă, care produce instantaneu 1-100 kbar pe suprafața materialului.Impactul este transferat treptat în interiorul materialului, așa cum se arată în figurile (b) și (c) de mai jos.Sub acțiunea undei de șoc, contaminanții de suprafață sunt divizați în praf, particule sau fragmente minuscule.Când laserul este îndepărtat de poziția de iradiere, plasma dispare și o presiune negativă este generată local, iar particulele sau resturile de contaminanți sunt îndepărtate de pe suprafață, așa cum se arată în Figura (d) de mai jos.
Proces de oscilație
Sub acțiunea impulsurilor scurte, procesele de încălzire și răcire ale materialului sunt extrem de rapide.Deoarece diferitele materiale au coeficienți de expansiune termică diferiți, sub iradierea laserului cu impuls scurt, contaminanții de suprafață și substratul vor suferi expansiune termică de înaltă frecvență și contracție de grade diferite, ducând la oscilații, determinând contaminanții să se desprindă de pe suprafața materialul.În timpul acestui proces de exfoliere, este posibil să nu aibă loc vaporizarea materialului și să nu fie generată plasmă.În schimb, forța de forfecare formată la interfața dintre contaminant și substrat sub acțiunea oscilației distruge legătura dintre contaminant și substrat..Studiile au arătat că, atunci când unghiul de incidente al laserului este ușor crescut, contactul dintre laser și contaminarea cu particule și interfața substratului poate fi crescut, pragul de curățare cu laser poate fi redus, efectul de oscilație este mai evident și eficiența curățării este mai mare.Cu toate acestea, unghiul de incident nu trebuie să fie prea mare.Un unghi de incident prea mare va reduce densitatea de energie care acționează pe suprafața materialului și va slăbi capacitatea de curățare a laserului.
Aplicații industriale ale aparatelor de curățare cu laser
Industria mucegaiului
Aparatul de curățare cu laser poate realiza curățarea fără contact a matriței, care este foarte sigură pentru suprafața matriței, poate asigura acuratețea acesteia și poate curăța particulele de murdărie sub-micron care nu pot fi îndepărtate prin metodele tradiționale de curățare, astfel încât pentru a obține o curățare cu adevărat fără poluare, eficientă și de înaltă calitate.
Industria instrumentelor de precizie
Industria mașinilor de precizie trebuie adesea să îndepărteze esterii și uleiurile minerale utilizate pentru lubrifiere și rezistență la coroziune din piesele, de obicei chimic, iar curățarea chimică lasă adesea reziduuri.Deesterificarea cu laser poate elimina complet esterii și uleiurile minerale fără a deteriora suprafața pieselor.Laserul promovează gazeificarea explozivă a stratului subțire de oxid de pe suprafața piesei pentru a forma o undă de șoc, care are ca rezultat eliminarea contaminanților mai degrabă decât interacțiunea mecanică.
Industria Feroviară
În prezent, toată curățarea pre-sudare a șinelor adoptă curățarea tip roată abrazivă și curele abrazive, care provoacă daune grave substratului și stres rezidual grav și consumă o mulțime de consumabile pentru roți de șlefuit în fiecare an, ceea ce este costisitor și cauzează serioase poluarea mediului cu praf.Curățarea cu laser poate oferi o tehnologie de curățare ecologică de înaltă calitate și eficientă pentru producția de așezare a căilor ferate de mare viteză din țara mea, poate rezolva problemele de mai sus, poate elimina defectele de sudură, cum ar fi găurile și petele gri și îmbunătățesc stabilitatea și siguranța țării mele. -viteza exploatare feroviara.
Industria aviatica
Suprafața aeronavei trebuie revopsită după o anumită perioadă de timp, dar vopseaua veche originală trebuie îndepărtată complet înainte de vopsire.Înmuierea/Ștergerea chimică este principala metodă de decapare a vopselei în domeniul aviației.Această metodă are ca rezultat o cantitate mare de deșeuri chimice auxiliare și este imposibil să se realizeze întreținerea locală și decaparea vopselei.Acest proces este o sarcină grea de muncă și dăunează sănătății.Curățarea cu laser permite îndepărtarea de înaltă calitate a vopselei de pe suprafețele pielii aeronavelor și este ușor automatizată pentru producție.În prezent, tehnologia de curățare cu laser a fost aplicată la întreținerea unor modele high-end.
Industria navală
În prezent, curățarea pre-producție a navelor adoptă în principal metoda de sablare.Metoda de sablare a cauzat o poluare gravă cu praf a mediului înconjurător și a fost treptat interzisă, ducând la reducerea sau chiar suspendarea producției de către producătorii de nave.Tehnologia de curățare cu laser va oferi o soluție de curățare ecologică și fără poluare pentru pulverizarea anticorozivă pe suprafețele navelor.
Armament
Tehnologia de curățare cu laser a fost utilizată pe scară largă în întreținerea armelor.Sistemul de curățare cu laser poate îndepărta rugina și contaminanții eficient și rapid și poate selecta partea de curățare pentru a realiza automatizarea curățării.Folosind curățarea cu laser, nu numai că curățenia este mai mare decât procesul de curățare chimică, dar nu are aproape nicio deteriorare a suprafeței obiectului.Prin setarea unor parametri diferiți, mașina de curățare cu laser poate forma, de asemenea, o peliculă densă de protecție a oxidului sau un strat de topire a metalului pe suprafața obiectelor metalice pentru a îmbunătăți rezistența suprafeței și rezistența la coroziune.Deșeurile îndepărtate de laser practic nu poluează mediul înconjurător și pot fi operate și la distanțe lungi, ceea ce reduce efectiv daunele aduse sănătății operatorului.
Exteriorul clădirii
Se construiesc din ce în ce mai mulți zgârie-nori, iar problema curățeniei construcției pereților exteriori a devenit din ce în ce mai proeminentă.Sistemul de curățare cu laser curăță bine pereții exteriori ai clădirilor prin fibre optice.Soluția cu o lungime maximă de 70 de metri poate curăța eficient diferiți poluanți de pe diverse pietre, metale și sticlă, iar eficiența sa este mult mai mare decât cea a curățeniei convenționale.De asemenea, poate elimina petele negre și petele de pe diverse pietre din clădiri.Testul de curățare a sistemului de curățare cu laser a clădirilor și a monumentelor de piatră arată că curățarea cu laser are un efect bun asupra protecției aspectului clădirilor antice.
Industria electronică
Industria electronică folosește lasere pentru a îndepărta oxizii: industria electronică necesită o decontaminare de înaltă precizie, iar dezoxidarea cu laser este deosebit de potrivită.Pinii componentelor trebuie dezoxidați complet înainte de lipirea plăcii pentru a asigura un contact electric optim, iar știfturile nu trebuie deteriorate în timpul procesului de decontaminare.Curățarea cu laser poate îndeplini cerințele de utilizare, iar eficiența este foarte mare și este necesară o singură iradiere cu laser pentru fiecare ac.
Centrală nucleară
Sistemele de curățare cu laser sunt folosite și la curățarea conductelor reactorului din centralele nucleare.Utilizează o fibră optică pentru a introduce un fascicul laser de mare putere în reactor pentru a îndepărta direct praful radioactiv, iar materialul curățat este ușor de curățat.Si pentru ca se actioneaza de la distanta, siguranta personalului poate fi garantata.
rezumat
Industria de producție avansată de astăzi a devenit culmile dominante ale concurenței internaționale.Fiind un sistem avansat în fabricarea laserului, mașina de curățare cu laser are un potențial mare de valoare aplicabilă în dezvoltarea industrială.Dezvoltarea viguroasă a tehnologiei de curățare cu laser are o semnificație strategică foarte importantă pentru dezvoltarea economică și socială.