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激光表面清洗的原理和实际应用

2018/8/10 9:35:25 作者:admin 来源:公司新闻 点击数:

激光与清洗

传统清洗工业有各种各样的清洗方式,多是利用化学药剂和机械方法进行清洗。在我国环境保护法规要求越来越严格、人们环保和安全意识日益增强的今天,工业生产清洗中可以使用的化学药品种类将变得越来越少。如何寻找更清洁,且不具损伤性的清洗方式是我们不得不考虑的问题。而激光清洗具有无研磨、非接触、无热效应和适用于各种材质的物体等清洗特点,被认为是最可靠、最有效的解决办法。同时,激光清洗可以解决采用传统清洗方式无法解决的问题。例如,工件表面粘有亚微米级的污染颗粒时,这些颗粒往往粘得很紧,常规的清洗办法不能够将它去除,而用纳米激光辐射工件表面进行清洗则非常有效。还由于激光对工件是无接触清洗,对精密工件或其精细部位清洗十分安全,可以确保其精度。所以激光清洗在清洗行业中独具优势。

 

激光为什么能够用来清洗?为什么对被清洗物体不会造成损害呢?首先了解一下激光的本质。简单来说,激光和在我们身边的如影随形般的光线(可见光和不可见光)没有什么不同,只不过激光是利用谐振腔把光聚集在同一个方向上,并且有较单纯的波长,协调性等性能更好,因此理论上所有波长的光都可以用来形成激光,但实际上受限于能够激发的介质不多,因此能够产生稳定且适合工业生产的激光光源相当有限。被广泛使用的大概也就是Nd:YAG激光、二氧化碳激光和准分子激光。由于Nd:YAG激光可以通过光纤传输更适合工业应用,因此在激光清洗中也多被采用。

激光表面清洗的优点

与机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗等传统清洗方法相比,激光清洗具有明显的优点。

一、激光清洗是一种”绿色”的清洗方法,不需使用任何化学药剂和清洗液,清洗下来的废料基本上都是固体粉末,体积小,易于存放,可回收,可以轻易解决化学清洗带来的环境污染问题;

二、传统的清洗方法往往是接触式清洗,对清洗物体表面有机械作用力,损伤物体的表面或者清洗的介质附着于被清洗物体的表面,无法去除,产生二次污染,激光清洗的无研磨和非接触性使这些问题迎刃而解;

三、激光可以通过光纤传输,与机器手和机器人相配合,方便地实现远距离操作,能清洗传统方法不易达到的部位,这在一些危险的场所使用可以确保人员的安全;

四、激光清洗能够清除各种材料表面的各种类型的污染物,达到常规清洗无法达到的清洁度。而且还可以在不损伤材料表面的情况下有选择性地清洗材料表面的污染物;

五、激光清洗效率高,节省时间;

六、购买激光清洗系统虽然前期一次性投入较高,但清洗系统可以长期稳定使用,运行成本低,以Quantel公司的LASERLASTE为例,每小时的运行费用仅为1欧元左右,更重要的是可以方便地实现自动化操作。

激光表面清洗的原理

脉冲式的Nd:YAG激光清洗的过程依赖于激光器所产生的光脉冲的特性,基于由高强度的光束、短脉冲激光及污染层之间的相互作用所导致的光物理反应。其物理原理可概括如下:

·激光器发射的光束被需处理表面上的污染层所吸收。

·大能量的吸收形成急剧膨胀的等离子体(高度电离的不稳定气体),产生冲击波。

·冲击波使污染物变成碎片并被剔除。

·光脉冲宽度必须足够短,以避免使被处理表面遭到破坏的热积累。

·实验表明当金属表面上有氧化物时,等离子体产生于金属表面。

等离子体只在能量密度高于阈值的情况下产生,这个阈值取决于被去除的污染层或氧化层。这个阈值效应对在保证基底材料安全的情况下进行有效清洁非常重要。等离子体的出现还存在第二个阈值。如果能量密度超过这一阈值,则基底材料将被破坏。为在保证基底材料安全的前提下进行有效的清洁,必须根据情况调整激光参数,使光脉冲的能量密度严格处于两个阈值之间。

每个激光脉冲去除一定厚度的污染层。如果污染层比较厚,则需要多个脉冲进行清洗。将表面清洗干净所需要的脉冲数量取决于表面污染程度。由两个阈值产生的一个重要结果是清洗的自控性。能量密度高于第一阈值的光脉冲将一直剔除污染物,直到达到基底材料为止。然而,因为其能量密度低于基底材料的破坏阈值,所以基底不会受到破坏。

激光清洗不但可以用来清洗有机的污染物,也可以用来清洗无机物,包括金属的锈蚀、金属微粒、灰尘等。下面就其在楼宇外墙中的一些实际应用情况作一介绍。随着我国经济的飞速发展,越来越多的摩天大楼被建立起来,大楼外墙的清洁问题日益凸现,LASERLASTE激光清洗系统通过最长70米的光纤对建筑物外墙的清洗提供了很好的解决方法,它可以对各种石材、金属、玻璃上的各种污染物进行有效清洗,且比常规清洗效率高很多倍。还可以对建筑物的各种石材上的黑斑、色斑进行清除。LASERLASTE激光清洗系统在嵩山少林寺对建筑物、石碑进行的清洗试验表明,采用激光清洗对保护古建筑恢复外观效果非常好。

 

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