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標(biāo)題: 一文看懂工業(yè)清洗的“顛覆者”：激光清洗 [打印本頁(yè)]
作者: twq19810302 時(shí)間: 2022-11-8 10:26
標(biāo)題: 一文看懂工業(yè)清洗的“顛覆者”：激光清洗
本帖最后由 twq19810302 于 2022-11-8 10:28 編輯
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5 |4 P+ m. ?! F& S) C- Z一直以來(lái)，我國(guó)制造業(yè)的表面處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于生產(chǎn),，這也極大限制了制造業(yè)由大轉(zhuǎn)強(qiáng)的進(jìn)程,。隨著“十四五”戰(zhàn)略規(guī)劃的實(shí)施，特別是高端制造及節(jié)能減排對(duì)于先進(jìn)工藝的需求愈發(fā)迫切,。在表面處理方面,，國(guó)內(nèi)亟待技術(shù)和工藝全面升級(jí)。傳統(tǒng)的清洗工藝如機(jī)械摩擦清洗,、化學(xué)腐蝕清洗,、強(qiáng)力沖擊清洗、高頻超聲清洗等方法,，不僅清洗周期長(zhǎng),，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，對(duì)環(huán)境造成有害影響,，且達(dá)不到理想的清潔效果,，無(wú)法很好滿足精細(xì)化加工需求。8 m8 Z# v( U2 A$ X6 O% p, d
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但隨著環(huán)境保護(hù),、高效率和高精度的矛盾日益突出,，其應(yīng)用受到很大的挑戰(zhàn)。與此同時(shí),，各種有利于環(huán)境保護(hù),、適用于超精加工領(lǐng)域零件的清洗技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，激光清洗技術(shù)就是其中之一,。
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激光清洗概念
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激光清洗是利用聚焦的激光作用在材料表面,，使表面的污染物迅速汽化或剝離,，從而實(shí)現(xiàn)材料表面清洗的技術(shù)。相對(duì)于各類傳統(tǒng)的物理或化學(xué)的清洗方式,，激光清洗具備無(wú)接觸,、無(wú)耗材、無(wú)污染,、精度高,、無(wú)損傷或損傷小等特點(diǎn)，是新一代工業(yè)清洗技術(shù)的理想選擇,。
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激光清洗原理
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激光清洗的原理比較復(fù)雜,，可能同時(shí)包含物理過程和化學(xué)過程，在比較多的情況下是以物理過程為主,，伴隨著部分化學(xué)反應(yīng),。主要過程可以歸納為三類，包括氣化過程,、沖擊過程和振蕩過程,。
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氣化過程
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當(dāng)高能量的激光照射到材料表面時(shí)，表面吸收激光能量轉(zhuǎn)換成內(nèi)能,，使表面溫度迅速升高,，達(dá)到材料的汽化溫度以上，從而使污染物以蒸汽的形式脫離材料表面,。在表面污染物對(duì)激光的吸收率明顯高于基材對(duì)激光的吸收率時(shí),，通常會(huì)發(fā)生選擇性汽化，比較典型的應(yīng)用案例是石材表面的臟污清理,。如下圖所示,，石材表面的污染物對(duì)激光的吸收較強(qiáng)，迅速被汽化,。當(dāng)污染物被清除干凈,，激光照射到石材表面時(shí)，吸收較弱,，較多的激光能量被石材表面散射,，石材表面的溫度變化小，石材表面因此而得到保護(hù),，不受損傷,。
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以化學(xué)作用為主的典型過程則是在采用紫外波段的激光進(jìn)行清洗有機(jī)污染物時(shí)發(fā)生，被稱作激光消融（Ablation）,。紫外激光的波長(zhǎng)較短,，光子能量高，比如KrF準(zhǔn)分子激光,，波長(zhǎng)248nm,，光子能量高達(dá)5 eV,，超過CO2激光光子能量（0.12 eV）的40倍。這么高的光子能量足以破壞有機(jī)物的分子鍵,，使有機(jī)污染物中的C-C,、C-H、C-O等在吸收激光的光子能量后發(fā)生斷裂,，從而產(chǎn)生裂解氣化,，從表面清除。
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沖擊過程
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沖擊過程是在激光與材料作用過程中,，發(fā)生的一系列反應(yīng),，進(jìn)而形成的對(duì)材料表面的沖擊波。在沖擊波的作用下,，表面污染物發(fā)生碎裂,，變成粉塵或碎片從表面剝離,。造成沖擊波的機(jī)理有多種,，包括等離子體、蒸汽,、急劇的熱脹冷縮現(xiàn)象等,。以等離子體沖擊波為例，可以簡(jiǎn)要了解一下激光清洗中的沖擊過程是如何將表面污染物去除的,。隨著超短脈寬（ns）,、超高峰值功率（107– 1010 W/cm2）激光器的應(yīng)用，即使表面對(duì)激光的吸收較弱的情況下,，表面溫度依然會(huì)急劇升高,，瞬間達(dá)到汽化溫度以上，形成在材料表面上方的蒸氣,，如下圖中（a）所示,。蒸氣的溫度可達(dá)到104 - 105 K，可以使蒸氣本身或周圍的空氣發(fā)生電離,，形成等離子體,。等離子體會(huì)阻擋激光到達(dá)材料表面，材料表面的汽化可能會(huì)停止,，但是等離子體會(huì)繼續(xù)吸收激光能量,，溫度持續(xù)升高，形成一個(gè)局部的超高溫超高壓的狀態(tài),，對(duì)材料表面產(chǎn)生1-100 kbar的瞬時(shí)沖擊,，并逐步向材料內(nèi)部傳遞，如下圖（b）和（c）所示,。在沖擊波作用下,，表面污染物發(fā)生碎裂,，變成微小的粉塵、顆�,；蛘咚槠�,。當(dāng)激光從照射位置移開后，等離子體隨即消失,，局部產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓,，污染物的微粒或碎片被從表面移除,，如下圖（d）所示,。
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振蕩過程
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短脈沖作用下，材料升溫和降溫的過程都極其迅速,。由于不同的材料,，其熱膨脹系數(shù)不同，因此在短脈沖激光照射下,，表面污染物和基體會(huì)發(fā)生高頻次的不同程度的熱脹冷縮,，產(chǎn)生振蕩作用，使污染物從材料表面剝落,。在此剝落過程中,，可能不會(huì)發(fā)生材料的汽化，也不一定會(huì)產(chǎn)生等離子體,，而是依靠振蕩作用下,，在污染物與基材界面形成的剪切力破壞了污染物與基材的結(jié)合。研究表明,，當(dāng)激光的入射角稍微加大時(shí),，可以增加激光與顆粒污染物和基材界面的接觸，降低激光清洗的閾值,，振蕩作用更加明顯,，清洗效率更高。但是入射角也不宜過大,，太大的入射角會(huì)降低作用在材料表面的能量密度,，減弱激光的清洗能力。
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激光清洗的行業(yè)應(yīng)用
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1,、模具行業(yè)
激光可實(shí)現(xiàn)模具無(wú)接觸清洗,，對(duì)模具表面十分安全，可以確保其精度,，并且可以清洗傳統(tǒng)清洗方法無(wú)法清除的亞微米級(jí)污物顆粒,，實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)污染、高效,、高質(zhì)清洗,。
激光清洗模具效果對(duì)比
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2,、精密儀器工業(yè)
精密機(jī)械工業(yè)常常需對(duì)零件上用來(lái)潤(rùn)滑和抗腐蝕的酯類及礦物油加以清除，通常是用化學(xué)方法,，而化學(xué)清洗往往仍有殘留物,。激光去酯可以將酯類及礦物油完全去除，不損傷零件表面,。激光促使零件表面氧化物薄層爆炸性氣化形成了沖擊波,，導(dǎo)致污物去除，而非機(jī)械互作用,。
激光清洗鋰電池極耳,、PCB除膠除塵
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3、鋼軌行業(yè)
目前,，鋼軌焊前清洗全部采用砂輪,、砂帶打磨式清洗，基材損傷嚴(yán)重,，殘余應(yīng)力嚴(yán)重,，并且每年消耗大量砂輪耗材，成本高,，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重粉塵污染,。激光清洗可為我國(guó)高速鐵路鋪軌生產(chǎn)提供高質(zhì),、高效的綠色清洗技術(shù),，解決以上問題，消除無(wú)縫鐵軌孔洞,、灰斑等焊接缺陷,，提高我國(guó)高速鐵路運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性。
激光清洗軌道效果對(duì)比圖
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4,、航空行業(yè)
飛機(jī)的表面過一定時(shí)間后要重新噴漆,，但是噴漆之前需要將原來(lái)的舊漆完全除去�,；瘜W(xué)浸泡/擦拭是航空領(lǐng)域的主要脫漆方法,，該方法造成了大量化學(xué)附屬?gòu)U物，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)局部檢修脫漆,，該工序工作量繁重,、危害健康。激光清洗可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)蒙皮表面涂漆的高質(zhì)量去除,，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),。目前，該技術(shù)在國(guó)外已開始應(yīng)用于部分高端機(jī)型的維護(hù),。
激光清洗飛機(jī)蒙皮效果圖
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5,、船舶行業(yè)
目前船舶產(chǎn)前清洗主要采用噴砂方法,，噴砂方法對(duì)周圍環(huán)境造成了嚴(yán)重的粉塵污染，已逐漸被禁用,，從而導(dǎo)致船舶生產(chǎn)企業(yè)的減產(chǎn),，甚至停產(chǎn)。激光清洗技術(shù)將為船舶表面防腐噴涂提供綠色無(wú)污染清洗方案,。
▲寶宇激光清洗應(yīng)用于船舶清洗效果的展示
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當(dāng)今先進(jìn)制造業(yè)已成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn),，激光制造是我國(guó)“十三五”期間部署的重點(diǎn)任務(wù)，激光清洗技術(shù)作為激光制造中的一種先進(jìn)技術(shù),，在工業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用價(jià)值潛力巨大,，大力發(fā)展激光清洗技術(shù)對(duì)我國(guó)高端激光制造技術(shù)與裝備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大幅提升、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展具有非常重要的戰(zhàn)略意義,。
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作者: 魚兒雷 時(shí)間: 2022-11-8 10:56
成本如何,？激光清洗設(shè)備大小如何？可操作性如何�,�,？
作者: A樂陶陶 時(shí)間: 2022-11-8 11:01
目前還不是很理想。
作者: zy3692976 時(shí)間: 2022-11-8 13:49
我想了解這個(gè)成本需要多少,。設(shè)備投資需要多少
作者: lqchn 時(shí)間: 2022-11-12 16:44
不便宜,，用這個(gè)給鋁件做過焊前清潔，時(shí)間長(zhǎng)了設(shè)備上好多粉塵,。除塵是個(gè)問題,，金屬粉塵比較重。
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