Лазерная очистка металла
Окисление происходит при взаимодействии атмосферных условий и окружающей среды с металлическими поверхностями, в результате чего металл корродирует или ржавеет. Это значительно снижает срок службы и эксплуатационные характеристики деталей и оборудования. В то время как традиционные методы удаления ржавчины и борьбы с коррозией предполагают использование дробеструйной обработки и большого количества защитного оборудования, лазерная очистка предлагает более эффективную технологию обработки.
Лазерная очистка — это безопасный и гораздо более быстрый способ удаления ржавчины с любого типа металла. Она полностью удаляет коррозию до голого металла, не нарушая его целостности. Также избавляет от необходимости утилизировать опасные отходы. Это означает, что после очистки работа закончена — эффективное решение для обслуживания самолетов, кораблей и бронетехники.
В отличие от традиционных методов, работающих за счет механического воздействия на материал или использования агрессивных химикатов, чистка лазером работает по принципу лазерной абляции и селективного фототермолиза. В этой статье мы рассмотрим различные типы оборудования для лазерной очистки, углубимся в суть процесса данной технологии, ее применение в различных отраслях промышленности и подчеркнем многочисленные преимущества, которые она дает.
Что такое лазерная очистка
Лазерная очистка — это бесконтактная технология обработки материалов, использующая силу лазерного излучения для удаления загрязнений, покрытий и мусора с различных поверхностей.
При лазерной очистке высокоинтенсивный лазерный луч направляется на обрабатываемую поверхность. Энергия лазера поглощается загрязняющим или оксидным слоем, вызывая быстрый нагрев и испарение. Резкое тепловое воздействие создает ударную волну, которая отделяет загрязненный слой от поверхности .
Очень короткие наносекундные импульсы мощностью 100 000 Вт направляются в очищаемый слой, где они впитываются. Абсорбированная загрязнениями энергия вызывает их моментальный распад, часть которых испаряется, превращается в пыль или расщепляется на атомарном уровне.
Одним из ключевых аспектов лазерной очистки является ее избирательный и контролируемый характер. Регулируя параметры лазера, такие как мощность, длительность импульса и диаметр луча, операторы могут адаптировать процесс очистки к конкретным материалам и загрязнениям.
В отличие от традиционных методов очистки, использующих химические вещества, абразивные материалы или механическую силу, лазерная очистка — это бесконтактный процесс. Это означает, что между чистящим оборудованием и поверхностью нет физического контакта, что сводит к минимуму риск царапин, соскабливания или нанесения абразивных повреждений. Это особенно эффективно для деликатных и чувствительных материалов, требующих бережной очистки.
Рис. 1. Технология лазерной очистки
Лазерная очистка является экологически чистым решением. Она исключает необходимость использования химических растворителей, снижая образование опасных отходов и минимизируя воздействие на экологию. Отсутствие химических веществ также делает ее более безопасной для операторов, снижая воздействие вредных веществ.
Оборудование для лазерной очистки находит применение в различных отраслях промышленности. Оно обычно используется в производственных процессах для подготовки поверхностей к дальнейшей обработке, такой как покраска или покрытие, путем удаления ржавчины, оксидных слоев и других загрязнений. Также технология используется в проектах по реставрации, где хрупкие артефакты или исторические структуры требуют тщательной очистки без изменения их первоначального вида.
Области применения
Оборудование для лазерной очистки находит применение в различных отраслях промышленности благодаря своей универсальности и эффективности:
- Очистка пластмассовых и резиновых литейных форм;
- Снятие ржавчины и лакокрасочных покрытий;
- Обезжиривание поверхностей в пищевой промышленности;
- Очистка металла перед сваркой;
- Очищение сварных швов и поврежденных сваркой поверхностей;
- Удаление лаковых, полиамидных и других покрытий;
- Реставрация зданий, мостов, скульптур и даже картин;
- Удаление сажи;
- Нейтрализация радиоактивных поверхностей;
- Удаление изоляции с проводов.
Производство: Лазерная очистка используется для удаления покрытий, ржавчины и оксидных слоев с металлических поверхностей, подготавливая их к дальнейшей обработке или покраске. Это помогает поддерживать качество деталей и повышает производительность.
Рис. 2. Очистка металла лазером
Реставрация: В последнее время лазерную очистку начали активно использовать для восстановления и сохранения ценных артефактов, скульптур и архитектурных элементов. Бесконтактный характер и точный контроль позволяют удалять загрязняющие вещества и разрушающиеся слои без повреждения основного материала. Отсутствие физического воздействия на хрупкие и древние изделия очень важно для их сохранности.
Автомобильная промышленность: Лазерная очистка металла применяется в автомобильной промышленности для обработки и восстановления различных компонентов, таких как детали двигателя, топливные форсунки и выхлопные системы. Она эффективно удаляет ржавчину, краску и другие загрязнения, улучшая эксплуатационные характеристики и долговечность деталей.
Аэрокосмическая промышленность: В аэрокосмической промышленности лазерная технология необходима для очистки металла и ремонта критически важных компонентов, включая лопасти турбин, корпуса самолетов и шасси. Устраняя загрязнения и окислы, лазер обеспечивает оптимальную производительность и увеличивает срок службы этих компонентов.
Энергетика и производство электроэнергии: Данные отрасли могут получить значительные преимущества от применения технологии лазерной очистки. Электростанции, включая атомные, тепловые и возобновляемые источники энергии, часто сталкиваются с проблемами, связанными с теплообменниками, лопастями турбин и другими критическими компонентами, покрытыми отложениями, ржавчиной или коррозией. Лазерная очистка эффективно справляется с удалением загрязнений и оптимизирует производственные процессы.
Рис. 3. Чистка металлических поверхностей лазером
С какими типами загрязнений справляется лазерная очистка металла?
- Коррозия;
- ржавчина;
- масляные пленки;
- лакокрасочные покрытия;
- окалина;
- нагар;
- продукты нефтяных отложений;
- гальванические покрытия;
- адгезивные покрытия;
- органические отложения.
Преимущества лазерной очистки
Использование оборудования для лазерной очистки дает несколько значительных преимуществ по сравнению с традиционными методами:
- Бесконтактная очистка. Лазерная очистка избирательно воздействует на загрязнения, не повреждая поверхность материала, сохраняя целостность и качество изделия;
- Экологичность. Лазерная очистка, не содержащая химических веществ, исключает необходимость использования опасных растворителей и уменьшает образование отходов, что делает ее экологически чистым выбором.
- Скорость обработки. Обработка лазером проводится быстрее по сравнению с традиционными методами, что сокращает время простоя и повышает общую производительность.
- Универсальность применения. Оборудование для лазерной очистки можно использовать для широкого спектра материалов, включая металлы, некоторые пластмассы, камень, и многое другое, что делает его эффективным для различных задач по очистке.
- Сухая очистка. В отличие от процессов обработки песком или сухим льдом при лазерной очистке не используются дорогие и опасные материалы, ядовитые химикаты, не выделяется большое количество отходов и пыли.
Недостатки лазерной очистки
- Стоимость оборудования: Оборудование для лазерной очистки может быть относительно дорогим по сравнению с традиционными методами очистки. Первоначальные инвестиции в покупку или аренду систем лазерной очистки, а также расходы на обслуживание и эксплуатацию могут быть существенным фактором, который необходимо учитывать, особенно для небольших предприятий;
- Потенциальная опасность: Лазерная очистка предполагает использование высокоэнергетических лазерных лучей, которые могут представлять угрозу для, если не соблюдать технику безопасности должным образом. Меры безопасности, включая использование защитных очков, респираторов, обучение и соблюдение протоколов безопасности, необходимы для обеспечения безопасности операторов и предотвращения несчастных случаев или травм.
- Ограниченная эффективность при работе с определенными материалами лазерная очистка может быть неэффективной. Высокоотражающие поверхности или композиты имеют более низкие показатели поглощения лазерной энергии, что приводит к снижению эффективности очистки. В таких случаях могут потребоваться альтернативные способы очистки или дополнительные этапы подготовки поверхности.
Рис. 4. Очистка ржавчины на металле
Пошаговый процесс лазерной очистки
Подготовка: Перед началом лазерной очистки необходимо подготовить рабочую поверхность, удалив вручную остатки мусора или крупные частицы. Это гарантирует, что лазерный луч сможет эффективно воздействовать на загрязнения.
Выбор параметров лазера: Параметры лазера, такие как длина волны, мощность, длительность импульса и размер пятна, тщательно подбираются на основе характеристик материала и типа загрязнений, которые необходимо удалить. Эти параметры определяют энергию и интенсивность лазерного луча.
Фокусировка: Лазерный луч фокусируется с помощью линз или зеркал, чтобы сконцентрировать энергию в пятно небольшого размера. Сфокусированный луч обеспечивает высокую точность и интенсивность воздействия на целевую область.
Поглощение и нагрев: Когда лазерный луч попадает на поверхность, энергия поглощается, что приводит к быстрому нагреву и локализованному испарению нежелательного материала.
Испарение и отслоение: В результате быстрого нагрева материал претерпевает фазовый переход от твердого тела к газу, что приводит к его испарению. Быстрое расширение газа создает ударную волну, которая отделяет загрязняющие вещества или оксиды от поверхности.
Сбор и удаление: Испарившийся материал и любые частицы собираются и удаляются через вытяжную систему. Это предотвращает повторное загрязнение очищенной поверхности и обеспечивает чистоту рабочей среды.
Обработка после очистки: В зависимости от конкретных требований к применению, к очищенной поверхности может быть применена дополнительная обработка. Она может включать нанесение покрытий, пассивацию или дальнейшие процессы модификации.
Виды лазерного оборудования для очистки
Портативные лазерные системы
Эти системы, также известные как «ранцевые», состоят из батареи, сканирующего устройства и лазерной головки. Предназначенные для малых предприятий и мастерских, эти мобильные аппараты позволяют операторам работать как в помещении, так и на открытом воздухе.
Встраиваемые лазерные системы
Лазерное оборудование, интегрированное в производственный процесс, особенно для лазерной очистки в конвейерном производстве, использует волоконные и твердотельные лазеры. Эти компактные стационарные системы обеспечивают быструю окупаемость и эффективную работу.
Роботизированные прецизионные системы
Когда производственные задачи требуют безупречного исполнения и максимальной точности, в дело вступают негабаритные системы, оснащенные комплексным компьютерным управлением. Эти высокоточные роботизированные системы адаптируются к конкретным производственным требованиям и часто поставляются с поддержкой разработчиков после установки.
Рис. 5. Лазерное удаление ржавчины с металла
Лазерное удаление ржавчины с металла
Учет порога абляции
Когда речь идет об удалении ржавчины на металлах, очень важно учитывать порог абляции. Этот порог определяет параметры лазера, необходимые для эффективного удаления ржавчины без повреждения основного металла.
Интенсивность лазерного луча
При тщательной настройке параметров лазера интенсивность лазерного луча может быть установлена немного выше порога абляции ржавчины, оставаясь при этом ниже порога абляции самого металла. Это гарантирует, что лазерный луч рассеивает свою энергию в виде тепла после удаления ржавчины, оставляя основной материал невредимым.
Результат
Результатом этого процесса является чистая поверхность, без ржавчины и грязи, поскольку лазер испаряет слои ржавчины, не причиняя никакого необратимого вреда основному материалу.
Скорость удаления ржавчины
Скорость удаления ржавчины зависит как от толщины ржавчины, так и от мощности лазера. Наши мощные системы могут удалять легкую ржавчину с впечатляющей скоростью около 50 см2/с, в то время как даже самая толстая ржавчина может быть удалена со скоростью 5 см2/с.
Лазерная очистка. До и после
