Voor hoogwaardige productie, energiebesparing en emissiereductie is er steeds dringender behoefte aan geavanceerde processen. Op het gebied van industriële oppervlaktebehandeling is er dringend behoefte aan een uitgebreide upgrade van technologie en processen. Traditionele industriële reinigingsprocessen, zoals mechanische wrijvingsreiniging, chemische corrosiereiniging, sterke impactreiniging en hoogfrequente ultrasone reiniging, hebben niet alleen lange reinigingscycli, maar zijn moeilijk te automatiseren, hebben schadelijke gevolgen voor het milieu en slagen er niet in om de gewenste reinigende werking. Het kan niet goed voldoen aan de behoeften van fijne verwerking.
Door de steeds prominentere tegenstellingen tussen milieubescherming, hoge efficiëntie en hoge precisie worden traditionele industriële reinigingsmethoden echter enorm uitgedaagd. Tegelijkertijd zijn er verschillende reinigingstechnologieën ontstaan die bevorderlijk zijn voor de bescherming van het milieu en geschikt zijn voor onderdelen op het gebied van ultra-finishing, en laserreinigingstechnologie is daar een van.
Laserreinigingsconcept
Laserreiniging is een technologie waarbij gebruik wordt gemaakt van een gerichte laser die op het oppervlak van een materiaal inwerkt om de verontreinigingen op het oppervlak snel te verdampen of af te pellen, om zo het oppervlak van het materiaal te reinigen. Vergeleken met verschillende traditionele fysische of chemische reinigingsmethoden heeft laserreiniging de kenmerken van geen contact, geen verbruiksartikelen, geen vervuiling, hoge precisie, geen schade of kleine schade, en is het een ideale keuze voor een nieuwe generatie industriële reinigingstechnologie.
Werkingsprincipe van de laserreinigingsmachine
Het principe vanlaserreinigingsmachineis ingewikkelder en kan zowel fysische als chemische processen omvatten. In veel gevallen zijn fysische processen het hoofdproces, vergezeld van enkele chemische reacties. De belangrijkste processen kunnen in drie categorieën worden ingedeeld, waaronder het vergassingsproces, het schokproces en het oscillatieproces.
Vergassingsproces
Wanneer de hoogenergetische laser op het oppervlak van het materiaal wordt bestraald, absorbeert het oppervlak de laserenergie en zet deze om in interne energie, zodat de oppervlaktetemperatuur snel stijgt en boven de verdampingstemperatuur van het materiaal reikt, zodat de verontreinigende stoffen worden gescheiden van het oppervlak van het materiaal in de vorm van stoom. Selectieve verdamping vindt gewoonlijk plaats wanneer de absorptiesnelheid van laserlicht door oppervlakteverontreinigingen aanzienlijk hoger is dan die van het substraat. Een typisch toepassingsgeval is het verwijderen van vuil op stenen oppervlakken. Zoals je in onderstaande figuur kunt zien, absorberen de verontreinigende stoffen op het oppervlak van de steen de laser sterk en verdampen ze snel. Wanneer de verontreinigende stoffen worden verwijderd en de laser op het steenoppervlak wordt bestraald, is de absorptie zwak, wordt meer laserenergie door het steenoppervlak verspreid, is de temperatuurverandering van het steenoppervlak klein en wordt het steenoppervlak beschermd tegen schade.
Een typisch chemisch proces vindt plaats wanneer een laser in de ultraviolette band wordt gebruikt om organische verontreinigingen te reinigen, wat laserablatie wordt genoemd. Ultraviolette lasers hebben korte golflengten en hoge fotonenenergie. KrF-excimeerlasers hebben bijvoorbeeld een golflengte van 248 nm en een fotonenenergie van wel 5 eV, wat 40 keer hoger is dan de fotonenenergie van de CO2-laser (0,12 eV). Een dergelijke hoge fotonenenergie is voldoende om de moleculaire bindingen van organisch materiaal te vernietigen, zodat CC, CH, CO, enz. in organische verontreinigende stoffen worden verbroken na het absorberen van de fotonenenergie van de laser, wat resulteert in pyrolysevergassing en verwijdering van het oppervlak.
Schokproces
Het schokproces is een reeks reacties die optreden tijdens de interactie tussen de laser en het materiaal, en vervolgens wordt een schokgolf gevormd op het oppervlak van het materiaal. Onder invloed van de schokgolf worden de oppervlakteverontreinigingen afgebroken en worden stof of vuil van het oppervlak afgepeld. Er zijn veel mechanismen die schokgolven veroorzaken, waaronder plasma, stoom en snelle thermische uitzetting en samentrekking. Door plasmaschokgolven als voorbeeld te gebruiken, is het mogelijk om kort te begrijpen hoe het schokproces bij laserreiniging oppervlakteverontreinigingen verwijdert. Met de toepassing van lasers met ultrakorte pulsbreedte (ns) en ultrahoog piekvermogen (107–1010 W/cm2), zal de oppervlaktetemperatuur nog steeds scherp stijgen, zelfs als het oppervlak de laser licht absorbeert, waardoor de verdampingstemperatuur onmiddellijk wordt bereikt. Hierboven vormde de damp zich boven het oppervlak van het materiaal, zoals weergegeven in (a) in de volgende afbeelding. De temperatuur van de damp kan 104 – 105 K bereiken, waardoor de damp zelf of de omringende lucht kan worden geïoniseerd om een plasma te vormen. Het plasma zal voorkomen dat de laser het oppervlak van het materiaal bereikt, en de verdamping van het oppervlak van het materiaal kan stoppen, maar het plasma zal de laserenergie blijven absorberen en de temperatuur zal blijven stijgen, waardoor een plaatselijke toestand van warmte ontstaat. ultrahoge temperatuur en hoge druk, die een onmiddellijke druk van 1-100 kbar op het oppervlak van het materiaal veroorzaken. De impact wordt geleidelijk overgebracht naar de binnenkant van het materiaal, zoals weergegeven in onderstaande figuren (b) en (c). Onder invloed van de schokgolf worden de oppervlakteverontreinigingen opgesplitst in kleine stofdeeltjes, deeltjes of fragmenten. Wanneer de laser uit de bestralingspositie wordt verwijderd, verdwijnt het plasma en wordt lokaal een negatieve druk gegenereerd, en worden de deeltjes of brokstukken van verontreinigingen van het oppervlak verwijderd, zoals weergegeven in figuur (d) hieronder.
Oscillatieproces
Onder invloed van korte pulsen verlopen de verwarmings- en afkoelingsprocessen van het materiaal extreem snel. Omdat verschillende materialen verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten hebben, zullen de oppervlakteverontreinigingen en het substraat onder de bestraling met een kortepulslaser hoogfrequente thermische uitzetting en samentrekking van verschillende graden ondergaan, wat resulteert in oscillatie, waardoor de verontreinigingen van het oppervlak afpellen. het materiaal. Tijdens dit exfoliatieproces vindt mogelijk geen verdamping van het materiaal plaats en wordt er mogelijk geen plasma gegenereerd. In plaats daarvan vernietigt de afschuifkracht die wordt gevormd op het grensvlak van de verontreiniging en het substraat onder invloed van oscillatie de binding tussen de verontreiniging en het substraat. . Studies hebben aangetoond dat wanneer de invalshoek van de laser enigszins wordt vergroot, het contact tussen de laser en de deeltjesverontreiniging en het substraatgrensvlak kan worden vergroot, de drempel voor laserreiniging kan worden verlaagd, het oscillatie-effect duidelijker is en de de reinigingsefficiëntie is hoger. De invalshoek mag echter niet te groot zijn. Een te grote invalshoek zal de energiedichtheid die op het oppervlak van het materiaal inwerkt verminderen en het reinigingsvermogen van de laser verzwakken.
Industrietoepassingen van laserreinigers
Vormindustrie
De laserreiniger kan de contactloze reiniging van de mal realiseren, wat zeer veilig is voor het oppervlak van de mal, kan de nauwkeurigheid ervan garanderen en kan de submicron vuildeeltjes reinigen die niet kunnen worden verwijderd door traditionele reinigingsmethoden, zodat om echt vervuilingsvrije, efficiënte en hoogwaardige reiniging te bereiken.
Precisie-instrumentenindustrie
De precisiemachine-industrie moet vaak esters en minerale oliën die worden gebruikt voor smering en corrosiebestendigheid van onderdelen verwijderen, meestal chemisch, en chemische reiniging laat vaak resten achter. Laserontestering kan esters en minerale oliën volledig verwijderen zonder het oppervlak van de onderdelen te beschadigen. De laser bevordert de explosieve vergassing van de dunne oxidelaag op het oppervlak van het onderdeel om een schokgolf te vormen, wat resulteert in de verwijdering van verontreinigingen in plaats van mechanische interactie.
Spoorwegindustrie
Momenteel wordt bij het reinigen van rails vóór het lassen gebruik gemaakt van het reinigen van slijpschijven en schuurbanden, wat ernstige schade aan het substraat en ernstige restspanningen veroorzaakt, en jaarlijks veel verbruiksartikelen voor slijpschijven verbruikt, wat kostbaar is en ernstige gevolgen heeft. stofvervuiling voor het milieu. Laserreiniging kan hoogwaardige en efficiënte groene reinigingstechnologie bieden voor de productie van hogesnelheidsspoorlijnen in mijn land, de bovengenoemde problemen oplossen, lasdefecten zoals naadloze railgaten en grijze vlekken elimineren en de stabiliteit en veiligheid van de hogesnelheidslijnen van mijn land verbeteren. -snelheidsspoorwegexploitatie.
Luchtvaartindustrie
Het oppervlak van het vliegtuig moet na een bepaalde tijd opnieuw worden geverfd, maar de originele oude verf moet vóór het schilderen volledig worden verwijderd. Chemisch weken/afvegen is de belangrijkste methode voor het verwijderen van verf in de luchtvaart. Deze methode resulteert in een grote hoeveelheid chemisch hulpafval en het is onmogelijk om lokaal onderhoud en verfafbijten te realiseren. Dit proces is zwaar en schadelijk voor de gezondheid. Laserreiniging maakt hoogwaardige verwijdering van verf op vliegtuighuidoppervlakken mogelijk en kan eenvoudig worden geautomatiseerd voor productie. Momenteel wordt de laserreinigingstechnologie toegepast bij het onderhoud van enkele hoogwaardige modellen.
Scheepsindustrie
Momenteel wordt bij de pre-productiereiniging van schepen vooral gebruik gemaakt van de zandstraalmethode. De zandstraalmethode heeft ernstige stofvervuiling in de omgeving veroorzaakt en is geleidelijk verboden, wat heeft geleid tot een vermindering of zelfs stopzetting van de productie door scheepsbouwers. Laserreinigingstechnologie zal een groene en vervuilingsvrije reinigingsoplossing bieden voor anticorrosief spuiten op scheepsoppervlakken.
Wapens
Laserreinigingstechnologie wordt veel gebruikt bij het onderhoud van wapens. Het laserreinigingssysteem kan roest en verontreinigingen efficiënt en snel verwijderen en kan het reinigingsonderdeel selecteren om de automatisering van de reiniging te realiseren. Bij laserreiniging is niet alleen de reinheid hoger dan bij het chemische reinigingsproces, maar ontstaat er ook vrijwel geen schade aan het oppervlak van het object. Door verschillende parameters in te stellen, kan de laserreinigingsmachine ook een dichte oxidebeschermende film of metaalsmeltlaag op het oppervlak van metalen voorwerpen vormen om de oppervlaktesterkte en corrosieweerstand te verbeteren. Het door de laser verwijderde afval vervuilt in principe het milieu niet en kan ook op grote afstand worden gebruikt, waardoor de schade aan de gezondheid van de operator effectief wordt verminderd.
Buitenkant van het gebouw
Er worden steeds meer wolkenkrabbers gebouwd en het schoonmaakprobleem van het bouwen van buitenmuren is steeds prominenter geworden. Het laserreinigingssysteem reinigt de buitenmuren van gebouwen goed via optische vezels. De oplossing met een maximale lengte van 70 meter kan effectief verschillende verontreinigende stoffen op verschillende stenen, metalen en glas reinigen, en de efficiëntie is veel hoger dan die van conventionele reiniging. Het kan ook zwarte vlekken en vlekken verwijderen van verschillende stenen in gebouwen. Uit de reinigingstest van het laserreinigingssysteem op de gebouwen en stenen monumenten blijkt dat laserreiniging een goed effect heeft op het beschermen van het uiterlijk van oude gebouwen.
Elektronica-industrie
De elektronica-industrie maakt gebruik van lasers om oxiden te verwijderen: de elektronica-industrie vereist uiterst nauwkeurige decontaminatie, en laserdeoxidatie is bijzonder geschikt. Componentpennen moeten grondig worden gedeoxideerd voordat het bord wordt gesoldeerd om een optimaal elektrisch contact te garanderen. De pennen mogen tijdens het ontsmettingsproces niet worden beschadigd. Laserreiniging kan voldoen aan de gebruikseisen en de efficiëntie is zeer hoog en er is voor elke naald slechts één laserbestraling nodig.
Kerncentrale
Laserreinigingssystemen worden ook gebruikt bij het reinigen van reactorleidingen in kerncentrales. Er wordt gebruik gemaakt van een optische vezel om een krachtige laserstraal in de reactor te brengen om radioactief stof direct te verwijderen, en het gereinigde materiaal is gemakkelijk schoon te maken. En omdat er op afstand wordt bediend, kan de veiligheid van het personeel worden gegarandeerd.
Samenvatting
De hedendaagse geavanceerde productie-industrie is uitgegroeid tot het toppunt van de internationale concurrentie. Als geavanceerd systeem in de laserproductie heeft een laserreinigingsmachine een groot potentieel voor toepassingswaarde in de industriële ontwikkeling. Het krachtig ontwikkelen van laserreinigingstechnologie heeft een zeer belangrijke strategische betekenis voor de economische en sociale ontwikkeling.