High-end fremstilling og energibesparelse og emissionsreduktion har et stadig mere presserende behov for avancerede processer.Med hensyn til industriel overfladebehandling er der et presserende behov for en omfattende opgradering af teknologi og processer.Traditionelle industrielle rengøringsprocesser, såsom mekanisk friktionsrensning, kemisk korrosionsrensning, stærk slagrensning, højfrekvent ultralydsrensning, har ikke kun lange rengøringscyklusser, men er vanskelige at automatisere, har skadelige virkninger på miljøet og opnår ikke ønsket renseeffekt.Det kan ikke godt opfylde behovene for finbehandling.
Præcisions laserrensemaskiner: Forstyrrende stoffer i industriel rengøring
Men med de stadig mere fremtrædende modsætninger mellem miljøbeskyttelse, høj effektivitet og høj præcision, er traditionelle industrielle rengøringsmetoder stærkt udfordret.Samtidig er der opstået forskellige renseteknologier, der er fremmende for miljøbeskyttelse og velegnede til dele inden for ultrafinishing, og laserrenseteknologi er en af dem.
Laser rengøringskoncept
Laserrensning er en teknologi, der bruger en fokuseret laser til at virke på overfladen af et materiale for hurtigt at fordampe eller skrælle forurenende stoffer af på overfladen for at rense materialets overflade.Sammenlignet med forskellige traditionelle fysiske eller kemiske rengøringsmetoder har laserrensning karakteristika af ingen kontakt, ingen forbrugsstoffer, ingen forurening, høj præcision, ingen skader eller små skader og er et ideelt valg for en ny generation af industriel rengøringsteknologi.
Arbejdsprincip for laserrensemaskine
Princippet om laserrensemaskine er mere kompliceret og kan omfatte både fysiske og kemiske processer.I mange tilfælde er fysiske processer hovedprocessen, ledsaget af nogle kemiske reaktioner.Hovedprocesserne kan klassificeres i tre kategorier, herunder forgasningsproces, chokproces og oscillationsproces.
Forgasningsproces
Når højenergilaseren bestråles på materialets overflade, optager overfladen laserenergien og omdanner den til intern energi, så overfladetemperaturen stiger hurtigt og når over materialets fordampningstemperatur, så forureningerne bliver adskilt fra materialets overflade i form af damp.Selektiv fordampning forekommer normalt, når absorptionshastigheden af laserlys af overfladeforurenende stoffer er væsentligt højere end substratets.Et typisk anvendelsestilfælde er rensning af snavs på stenoverflader.Som det fremgår af nedenstående figur, har de forurenende stoffer på overfladen af stenen en kraftig absorption af laseren og fordampes hurtigt.Når de forurenende stoffer fjernes, og laseren bestråles på stenoverfladen, er absorptionen svag, mere laserenergi spredes af stenoverfladen, temperaturændringen på stenoverfladen er lille, og stenoverfladen er beskyttet mod skader.
En typisk kemisk-baseret proces opstår, når en laser i det ultraviolette bånd bruges til at rense organiske forurenende stoffer, hvilket kaldes laserablation.Ultraviolette lasere har korte bølgelængder og høj fotonenergi.For eksempel har KrF excimerlasere en bølgelængde på 248 nm og fotonenergi så høj som 5 eV, hvilket er 40 gange højere end CO2 laserfotonenergi (0,12 eV).En sådan høj fotonenergi er nok til at ødelægge organisk stofs molekylære bindinger, så CC, CH, CO osv. i organiske forurenende stoffer brydes efter absorbering af laserens fotonenergi, hvilket resulterer i pyrolyseforgasning og fjernelse fra overfladen.
Chokproces
Chokprocessen er en række reaktioner, der opstår under interaktionen mellem laseren og materialet, og så dannes der en stødbølge på materialets overflade.Under påvirkning af stødbølgen brydes overfladeforureningen op og bliver til støv eller snavs, der pilles af overfladen.Der er mange mekanismer, der forårsager stødbølger, herunder plasma, damp og hurtig termisk ekspansion og sammentrækning.Ved at bruge plasmachokbølger som eksempel er det muligt kort at forstå, hvordan stødprocessen ved laserrensning fjerner overfladeforurening.Med anvendelse af lasere med ultrakort pulsbredde (ns) og ultrahøj spidseffekt (107-1010 W/cm2), vil overfladetemperaturen stadig stige kraftigt, selvom overfladen absorberer laseren let og når fordampningstemperaturen øjeblikkeligt.Ovenfor dannes dampen over overfladen af materialet, som vist i (a) i den følgende figur.Dampens temperatur kan nå 104 – 105 K, hvilket kan ionisere selve dampen eller den omgivende luft til at danne et plasma.Plasmaet vil blokere laseren i at nå materialets overflade, og fordampningen af materialets overflade kan stoppe, men plasmaet vil fortsætte med at absorbere laserenergien, og temperaturen vil fortsætte med at stige og danne en lokaliseret tilstand af ultrahøj temperatur og højt tryk, hvilket giver en øjeblikkelig 1-100 kbar på overfladen af materialet.Slaget overføres gradvist til indersiden af materialet, som vist i figur (b) og (c) nedenfor.Under påvirkning af chokbølgen brydes overfladeforureningen op i små støv, partikler eller fragmenter.Når laseren flyttes væk fra bestrålingspositionen, forsvinder plasmaet, og der genereres et undertryk lokalt, og partiklerne eller affaldet af forurenende stoffer fjernes fra overfladen, som vist i figur (d) nedenfor.
Oscillationsproces
Under påvirkning af korte impulser er materialets opvarmnings- og afkølingsprocesser ekstremt hurtige.Fordi forskellige materialer har forskellige termiske ekspansionskoefficienter, vil overfladeforureningene og substratet under bestråling af kortimpulslaser gennemgå højfrekvent termisk ekspansion og sammentrækning af forskellige grader, hvilket resulterer i oscillation, hvilket får forureningerne til at skalle af overfladen af materialet.Under denne eksfolieringsproces forekommer der muligvis ikke fordampning af materialet, og der dannes muligvis ikke plasma.I stedet ødelægger den forskydningskraft, der dannes ved grænsefladen mellem forureningen og substratet under påvirkning af oscillation, bindingen mellem forureningen og substratet..Undersøgelser har vist, at når laserens indfaldsvinkel øges lidt, kan kontakten mellem laseren og partikelforureningen og substratgrænsefladen øges, tærsklen for laserrensning kan reduceres, oscillationseffekten er mere indlysende, og rengøringseffektiviteten er højere.Indfaldsvinklen bør dog ikke være for stor.En for stor indfaldsvinkel vil reducere energitætheden, der virker på overfladen af materialet og svække laserens renseevne.
Industrielle anvendelser af laserrensere
Skimmelsvamp industri
Laserrenseren kan realisere den berøringsfri rensning af formen, som er meget sikker for overfladen af formen, kan sikre dens nøjagtighed og kan rense de sub-mikron snavspartikler, der ikke kan fjernes ved traditionelle rengøringsmetoder, så som at opnå en virkelig forureningsfri, effektiv rengøring af høj kvalitet.
Præcisionsinstrumentindustrien
Præcisionsmaskineindustrien har ofte behov for at fjerne estere og mineralolier, der bruges til smøring og korrosionsbestandighed, fra dele, normalt kemisk, og kemisk rensning efterlader ofte rester.Laserafesterificering kan fuldstændigt fjerne estere og mineralolier uden at beskadige overfladen af delene.Laseren fremmer den eksplosive forgasning af det tynde oxidlag på overfladen af delen for at danne en stødbølge, hvilket resulterer i fjernelse af forurenende stoffer i stedet for mekanisk interaktion.
Jernbaneindustrien
På nuværende tidspunkt anvender al forsvejsning af skinner rengøring af slibeskiver og slibebåndsslibning, hvilket forårsager alvorlig skade på underlaget og alvorlig restspænding og forbruger en masse slibeskiver hvert år, hvilket er dyrt og forårsager alvorlige støvforurening til miljøet.Laserrensning kan levere højkvalitets og effektiv grøn rengøringsteknologi til mit lands højhastighedsjernbanelægningsproduktion, løse ovenstående problemer, eliminere svejsedefekter såsom sømløse skinnehuller og grå pletter og forbedre stabiliteten og sikkerheden i mit lands høje -hastighedsjernbanedrift.
Luftfartsindustrien
Flyets overflade skal males om efter en vis periode, men den originale gamle maling skal fjernes helt inden maling.Kemisk iblødsætning/aftørring er den vigtigste malingsfjernelsesmetode i luftfartsområdet.Denne metode resulterer i en stor mængde kemisk hjælpeaffald, og det er umuligt at opnå lokal vedligeholdelse og malingfjerning.Denne proces er tung arbejdsbyrde og sundhedsskadelig.Laserrensning muliggør fjernelse af maling i høj kvalitet på flyets hudoverflader og er let automatiseret til produktion.På nuværende tidspunkt er laserrensningsteknologien blevet anvendt til vedligeholdelse af nogle avancerede modeller.
Skibsindustri
På nuværende tidspunkt anvender præproduktionsrensning af skibe hovedsagelig sandblæsningsmetoden.Sandblæsningsmetoden har forårsaget alvorlig støvforurening af det omgivende miljø og er gradvist blevet forbudt, hvilket har resulteret i reduktion eller endda suspendering af produktionen hos skibsproducenter.Laserrensningsteknologi vil give en grøn og forureningsfri rengøringsløsning til anti-korrosionssprøjtning på skibsoverflader.
Våben
Laserrensningsteknologi har været meget brugt i våbenvedligeholdelse.Laserrensningssystemet kan fjerne rust og forurenende stoffer effektivt og hurtigt og kan vælge rengøringsdelen for at realisere automatiseringen af rengøringen.Ved hjælp af laserrensning er ikke kun renligheden højere end den kemiske rengøringsproces, men har næsten ingen skade på objektets overflade.Ved at indstille forskellige parametre kan laserrensemaskinen også danne en tæt oxidbeskyttende film eller metalsmeltelag på overfladen af metalgenstande for at forbedre overfladestyrken og korrosionsbestandigheden.Affaldet, som laseren fjerner, forurener som udgangspunkt ikke miljøet, og det kan også betjenes på lang afstand, hvilket effektivt reducerer skaderne på operatørens helbred.
Bygning eksteriør
Flere og flere skyskrabere bygges, og rengøringsproblemet med at bygge ydervægge er blevet stadig mere fremtrædende.Laserrensningssystemet renser bygningers udvendige vægge godt gennem optiske fibre.Løsningen med en maksimal længde på 70 meter kan effektivt rense forskellige forurenende stoffer på forskellige sten, metaller og glas, og dens effektivitet er meget højere end ved konventionel rengøring.Det kan også fjerne sorte pletter og pletter fra forskellige sten i bygninger.Rensetesten af laserrensesystemet på bygninger og stenmonumenter viser, at laserrensning har en god effekt på at beskytte udseendet af gamle bygninger.
Elektronikindustrien
Elektronikindustrien bruger lasere til at fjerne oxider: Elektronikindustrien kræver højpræcisionsdekontaminering, og laserdeoxidation er særligt velegnet.Komponentstifter skal deoxideres grundigt før lodning af pladen for at sikre optimal elektrisk kontakt, og stifterne må ikke beskadiges under dekontamineringsprocessen.Laserrensning kan opfylde kravene til brug, og effektiviteten er meget høj, og der kræves kun én laserbestråling for hver nål.
Atom kraftværk
Laserrensningssystemer bruges også til rensning af reaktorrør i atomkraftværker.Den bruger en optisk fiber til at indføre en højeffekt laserstråle i reaktoren for direkte at fjerne radioaktivt støv, og det rensede materiale er let at rengøre.Og fordi den betjenes på afstand, kan personalets sikkerhed garanteres.
Resumé
Nutidens avancerede fremstillingsindustri er blevet den højeste internationale konkurrence.Som et avanceret system inden for laserfremstilling har laserrensemaskine et stort potentiale for anvendelsesværdi i industriel udvikling.Kraftig udvikling af laserrenseteknologi har meget vigtig strategisk betydning for økonomisk og social udvikling.