A fabricación de alta gama e a conservación de enerxía e a redución de emisións teñen unha necesidade cada vez máis urxente de procesos avanzados. En canto ao tratamento de superficies industriais, hai unha necesidade urxente dunha actualización integral da tecnoloxía e dos procesos. Os procesos de limpeza industrial tradicionais, como a limpeza mecánica por fricción, a limpeza química por corrosión, a limpeza de forte impacto, a limpeza por ultrasóns de alta frecuencia, non só teñen ciclos de limpeza longos, senón que son difíciles de automatizar, teñen efectos nocivos sobre o medio ambiente e non logran o efecto de limpeza desexado. Non pode satisfacer ben as necesidades de procesamento fino.
Máquinas de limpeza con láser de precisión: disruptores na limpeza industrial
Non obstante, coas contradicións cada vez máis destacadas entre a protección do medio ambiente, a alta eficiencia e a alta precisión, os métodos tradicionais de limpeza industrial son moi desafiados. Ao mesmo tempo, xurdiron diversas tecnoloxías de limpeza que favorecen a protección do medio ambiente e son adecuadas para pezas no campo do ultraacabado, e a tecnoloxía de limpeza con láser é unha delas.
Concepto de limpeza con láser
A limpeza con láser é unha tecnoloxía que utiliza un láser enfocado para actuar sobre a superficie dun material para vaporizar ou despegar rapidamente os contaminantes da superficie, para así limpar a superficie do material. En comparación con varios métodos de limpeza físicos ou químicos tradicionais, a limpeza con láser ten as características de sen contacto, sen consumibles, sen contaminación, alta precisión, sen danos ou pequenos danos, e é unha opción ideal para unha nova xeración de tecnoloxía de limpeza industrial.
Principio de funcionamento da máquina de limpeza con láser
O principio da máquina de limpeza con láser é máis complicado e pode incluír procesos físicos e químicos. En moitos casos, os procesos físicos son o proceso principal, acompañados dalgunhas reaccións químicas. Os principais procesos pódense clasificar en tres categorías, incluíndo proceso de gasificación, proceso de choque e proceso de oscilación.
Proceso de gasificación
Cando o láser de alta enerxía se irradia na superficie do material, a superficie absorbe a enerxía do láser e convértea en enerxía interna, polo que a temperatura da superficie aumenta rapidamente e alcanza a temperatura de vaporización do material, polo que os contaminantes son separado da superficie do material en forma de vapor. A vaporización selectiva adoita ocorrer cando a taxa de absorción da luz láser polos contaminantes da superficie é significativamente maior que a do substrato. Un caso de aplicación típico é a limpeza de sucidade en superficies de pedra. Como se mostra na figura seguinte, os contaminantes na superficie da pedra teñen unha forte absorción do láser e vaporízanse rapidamente. Cando se eliminan os contaminantes e se irradia o láser na superficie da pedra, a absorción é débil, máis enerxía láser é espallada pola superficie da pedra, o cambio de temperatura da superficie da pedra é pequeno e a superficie da pedra está protexida de danos.
Un proceso típico baseado en produtos químicos ocorre cando se usa un láser na banda ultravioleta para limpar contaminantes orgánicos, o que se chama ablación con láser. Os láseres ultravioleta teñen lonxitudes de onda curtas e gran enerxía de fotóns. Por exemplo, os láseres excimer KrF teñen unha lonxitude de onda de 248 nm e unha enerxía de fotóns de ata 5 eV, que é 40 veces maior que a enerxía fotónica do láser de CO2 (0,12 eV). A enerxía fotónica tan alta é suficiente para destruír os enlaces moleculares da materia orgánica, polo que CC, CH, CO, etc. en contaminantes orgánicos rompen despois de absorber a enerxía fotónica do láser, o que resulta na gasificación e eliminación da pirólise da superficie.
Proceso de choque
O proceso de choque é unha serie de reaccións que ocorren durante a interacción entre o láser e o material, e despois fórmase unha onda de choque na superficie do material. Baixo a acción da onda de choque, os contaminantes da superficie desgrázanse e convértense en po ou restos que se desprenden da superficie. Hai moitos mecanismos que causan ondas de choque, incluíndo plasma, vapor e rápida expansión e contracción térmicas. Usando ondas de choque de plasma como exemplo, é posible comprender brevemente como o proceso de choque na limpeza con láser elimina os contaminantes da superficie. Coa aplicación de láseres de pulso ultracurto (ns) e de potencia máxima ultra alta (107–1010 W/cm2), a temperatura da superficie aínda aumentará bruscamente aínda que a superficie absorba o láser lixeiramente, alcanzando a temperatura de vaporización instantaneamente. Arriba, o vapor formouse sobre a superficie do material, como se mostra na (a) da seguinte figura. A temperatura do vapor pode alcanzar os 104 – 105 K, o que pode ionizar o propio vapor ou o aire circundante para formar un plasma. O plasma impedirá que o láser chegue á superficie do material, e a vaporización da superficie do material pode deterse, pero o plasma seguirá absorbendo a enerxía do láser e a temperatura seguirá aumentando, formando un estado localizado de ultra-alta temperatura e alta presión, que produce un instantáneo 1-100 kbar na superficie do material. O impacto transfírese gradualmente ao interior do material, como se mostra nas figuras (b) e (c) a continuación. Baixo a acción da onda de choque, os contaminantes da superficie divídense en pequenos po, partículas ou fragmentos. Cando o láser se afasta da posición de irradiación, o plasma desaparece e xérase localmente unha presión negativa, e as partículas ou residuos de contaminantes son eliminados da superficie, como se mostra na figura (d) a continuación.
Proceso de oscilación
Baixo a acción de pulsos curtos, os procesos de quecemento e arrefriamento do material son extremadamente rápidos. Debido a que os diferentes materiais teñen diferentes coeficientes de expansión térmica, baixo a irradiación do láser de pulso curto, os contaminantes da superficie e o substrato sufrirán unha expansión térmica de alta frecuencia e contraccións de diferentes graos, o que provocará unha oscilación, facendo que os contaminantes se desprendan da superficie do o material. Durante este proceso de exfoliación, é posible que non se produza a vaporización do material e que non se xere plasma. Pola contra, a forza de cizallamento formada na interface do contaminante e o substrato baixo a acción da oscilación destrúe a unión entre o contaminante e o substrato. . Os estudos demostraron que cando o ángulo de incidencia do láser aumenta lixeiramente, o contacto entre o láser e a contaminación de partículas e a interface do substrato pódese aumentar, o limiar de limpeza con láser pódese reducir, o efecto de oscilación é máis evidente e a eficiencia da limpeza é maior. Non obstante, o ángulo de incidencia non debe ser demasiado grande. Un ángulo de incidencia demasiado grande reducirá a densidade de enerxía que actúa sobre a superficie do material e debilitará a capacidade de limpeza do láser.
Aplicacións industriais dos produtos de limpeza con láser
Industria de moldes
O limpador con láser pode realizar a limpeza sen contacto do molde, que é moi seguro para a superficie do molde, pode garantir a súa precisión e pode limpar as partículas de sucidade submicrónicas que non se poden eliminar cos métodos de limpeza tradicionais, para conseguir unha limpeza verdadeiramente libre de contaminación, eficiente e de alta calidade.
Industria de instrumentos de precisión
A industria de maquinaria de precisión adoita ter que eliminar os ésteres e os aceites minerais usados para a lubricación e a resistencia á corrosión das pezas, xeralmente químicamente, e a limpeza química adoita deixar residuos. A deesterificación con láser pode eliminar completamente os ésteres e os aceites minerais sen danar a superficie das pezas. O láser promove a gasificación explosiva da fina capa de óxido na superficie da peza para formar unha onda de choque, o que resulta na eliminación de contaminantes en lugar da interacción mecánica.
Industria ferroviaria
Na actualidade, toda a limpeza previa á soldadura dos carrís adopta a limpeza do tipo de moeda de moeda e correa abrasiva, o que causa graves danos ao substrato e tensión residual grave, e consome moitos consumibles de moa cada ano, o que é custoso e causa graves problemas. contaminación por po para o medio ambiente. A limpeza con láser pode proporcionar unha tecnoloxía de limpeza ecolóxica de alta calidade e eficiente para a produción de vías de ferrocarril de alta velocidade do meu país, resolver os problemas anteriores, eliminar defectos de soldeo, como buratos de ferrocarril sen costura e puntos grises, e mellorar a estabilidade e seguridade da alta velocidade do meu país. -explotación ferroviaria de velocidade.
Industria aeronáutica
A superficie da aeronave debe ser repintada despois dun certo período de tempo, pero a pintura antiga orixinal debe eliminarse completamente antes de pintar. O remollo/lavado químico é o principal método de decapado da pintura no campo da aviación. Este método dá lugar a unha gran cantidade de residuos químicos auxiliares e é imposible conseguir o mantemento local e a eliminación da pintura. Este proceso é unha carga de traballo pesada e prexudicial para a saúde. A limpeza con láser permite a eliminación de pintura de alta calidade nas superficies da pel dos avións e automatízase facilmente para a produción. Na actualidade, a tecnoloxía de limpeza con láser aplicouse ao mantemento dalgúns modelos de gama alta.
Industria naval
Na actualidade, a limpeza de preprodución dos buques adopta principalmente o método de chorro de area. O método de chorro de area causou unha grave contaminación por po no medio ambiente e foi prohibido gradualmente, o que provocou a redución ou mesmo a suspensión da produción por parte dos fabricantes de buques. A tecnoloxía de limpeza con láser proporcionará unha solución de limpeza verde e libre de contaminación para pulverizar anticorrosión nas superficies dos buques.
Armamento
A tecnoloxía de limpeza con láser foi moi utilizada no mantemento de armas. O sistema de limpeza con láser pode eliminar a ferruxe e os contaminantes de forma eficiente e rápida, e pode seleccionar a parte de limpeza para realizar a automatización da limpeza. Usando a limpeza con láser, non só a limpeza é maior que o proceso de limpeza química, senón que case non ten danos na superficie do obxecto. Ao establecer diferentes parámetros, a máquina de limpeza con láser tamén pode formar unha película protectora de óxido densa ou unha capa de fusión de metal na superficie dos obxectos metálicos para mellorar a resistencia da superficie e a resistencia á corrosión. Os residuos eliminados polo láser basicamente non contaminan o medio ambiente e tamén se poden operar a longa distancia, o que reduce de forma efectiva o dano á saúde do operador.
Exterior do edificio
Cada vez constrúense máis rañaceos e o problema de limpeza dos muros exteriores dos edificios fíxose cada vez máis destacado. O sistema de limpeza con láser limpa ben as paredes exteriores dos edificios a través de fibras ópticas. A solución cunha lonxitude máxima de 70 metros pode limpar eficazmente diversos contaminantes en diversas pedras, metais e vidro, e a súa eficiencia é moito maior que a da limpeza convencional. Tamén pode eliminar puntos negros e manchas de varias pedras dos edificios. A proba de limpeza do sistema de limpeza con láser nos edificios e monumentos de pedra mostra que a limpeza con láser ten un bo efecto na protección da aparencia dos edificios antigos.
Industria electrónica
A industria electrónica usa láseres para eliminar os óxidos: a industria electrónica require unha descontaminación de alta precisión e a desoxidación con láser é particularmente adecuada. Os pinos dos compoñentes deben desoxidarse completamente antes de soldar a placa para garantir un contacto eléctrico óptimo e non se deben danar durante o proceso de descontaminación. A limpeza con láser pode cumprir os requisitos de uso e a eficiencia é moi alta e só se precisa unha irradiación con láser para cada agulla.
Central Nuclear
Os sistemas de limpeza con láser tamén se empregan na limpeza das tubaxes dos reactores das centrais nucleares. Usa unha fibra óptica para introducir un raio láser de alta potencia no reactor para eliminar directamente o po radioactivo e o material limpo é fácil de limpar. E como se opera desde a distancia, pódese garantir a seguridade do persoal.
Resumo
A industria de fabricación avanzada de hoxe converteuse no cumio da competencia internacional. Como un sistema avanzado na fabricación de láser, a máquina de limpeza con láser ten un gran potencial de valor de aplicación no desenvolvemento industrial. O desenvolvemento vigoroso da tecnoloxía de limpeza con láser ten unha importancia estratéxica moi importante para o desenvolvemento económico e social.