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激光清洗系统在现代清洗工业中的应用

传统清洗工业多是采用化学药剂或机械方法。随着我国环境保护法规日趋严格、环保安全意识日益增强,化学药品的工业生产清洗逐现弊端,并将被激光清洗取代。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。

激光清洗原理

激光清洗技术是指采用高能激光束照射工件表面,使表面的污物、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离,从而达到洁净化的工艺过程。激光和我们身边的光线(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。被广泛使用的是Nd:YAG激光、二氧化碳激光和准分子激光。

激光清洗机理主要是基于物体表面污染物吸收激光能量后,或汽化挥发,或瞬间受热膨胀而克服表面对粒子的吸附力,使其脱离物体表面,进而达到清洗的目的。归纳起来大致包括激光汽化分解、激光剥离、污物粒子热膨胀、基体表面振动和粒子振动四个方面;而且激光清洗常常是多种机理同时作用的结果。

激光清洗原理

根据大量的实验结果分析认为,激光清洗机理根据表面附着物和基体热物理参数差别大小而有所不同。当表面附着物与基体材料的热物理参数差别较大时,激光清洗机理包括:烧蚀汽化、热振动与热冲击机理和声波振碎机理,如激光清洗漆层和橡胶层。当表面附着物与基体材料的热物理参数差别不大时,主要是烧蚀汽化机理在起作用,如激光除锈。

激光清洗轮胎模具

激光清洗的分类

激光清洗的方法一般有四种

1、激光干洗法,即采用脉冲激光直接辐射去污;

2、激光+液膜的方法,即首先沉积一层液膜于基体表面,然后用激光使液膜发生爆炸去污;

3、激光+惰性气体的方法,即激光辐射的同时,用惰性气体吹向工件表面,当污物从表 面剥离后,就被气体远远吹离表面,避免清洁表面再次污染和氧化;

4、用激光使污物松散后再,用非腐蚀性的化学方法去污

目前在工业生产中主要采用前面三种清洗方法,其中激光干洗法取激光+液膜清洗方法用得多;第四种方法仅见于艺术品的清洗保护中。

激光清洗特点

与传统清洗工艺相比,激光清洗技术具有以下特点:

1、它是一种“干式”清洗,不需要清洁液或其他化学溶液,且清洁度远远高于化学清洗工艺;

2、清除污物的范围和适用的基材范围十分广泛;

3、通过调控激光工艺参数,可以在不损伤基材表面的基础上,有效去除污染物,使表面复旧如新;

4、激光清洗可以方便地实现自动化操作;

5、激光去污设备可以长期使用,运行成本低;

6、激光清洗技术是一种“绿色”清洗工艺,消除的废料是固体粉末状,体积小,易于存放,基本上不污染环境。

激光器的选择

目前激光器的种类比较多,如CO2激光器、Nd:YAG 激光器和准分子激光器等,这几种激光器都可以实现激光清洗。但一般来说,在高精度的要求高于大体积清除或成本的要求时,准分子激光器是较为合适的工具,在其他情况下则以CO2和固体激光器为佳;对于微电子工业来说,一般选用准分子激光器,如KrF准分子,对于模具的清洗则采用CO2或YAG激光器比较好;而对于激光敷层的清除,CO2激光器的效果好,特别是TEA CO2激光器在这一领域极具发展前途。另外,如果事先知道表面污染物的成分,则可以根据污染物吸收波长来选择激光器的种类。

激光清洗应用

01模具清洗

激光清洗方式在使用上深具弹性,模具的死角或不易清除的部位方便清洗。激光清洗轮胎模具的技术已经大量在欧美的轮胎工业中被采用,在节省待机时间、避免模具损坏、工作安全及节省原材料上所获得的收益迅速得到回收。根据激光清洗设备在轮胎公司生产线上进行的清洗试验表明,仅需2个小时就可以在线清洗一套大型载重轮胎的模具;和常规清洗方法相比,经济效益是显而易见的。食品工业模具上防粘的弹性膜层需要定期更换以保证卫生,不用化学试剂而使用激光清洗也特别适合这种应用。

02武器装备清洗

激光清洗系统可以高效、快捷地清除锈蚀、污染物,并可以对清除部位进行选择,实现清洗的自动化。不但清洁度高于化学清洗工艺,而且对于物体表面几乎无损害。通过设定不同参数,还可以在金属物体表面形成一层致密的氧化物保护膜或金属熔融层,提高表面强度和耐腐蚀性。激光清除的废料对环境基本上不构成污染,还可以进行远距离操作,有效减少了对操作人员的健康损害。

03飞机旧漆清除

欧洲激光清洗系统已广泛应用于航空工业中。飞机表面定期喷漆之前需要将原来的旧漆完全除去,传统的机械清除油漆法容易对飞机的金属表面造成损伤,给安全飞行带来隐患。采用多个激光清洗系统,可在两天之内将一架A320空中客车表面的漆层完全除掉,且不会损伤到金属表面。

04楼宇外墙清洗

激光清洗系统对建筑物外墙的清洗提供了解决方法,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。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。

05电子工业中的清洗

电子工业使用激光去除氧化物。在电路板焊接前,元件针脚必须彻底去氧化物以保证最佳的电接触,在去污的同时不能损坏针脚。激光清洗可以满足使用要求,且效率很高,一个针脚只需照射一次激光。

06精密机械工业中的精确去酯清洗

精密机械工业常常需对零件上用来润滑和抗腐蚀的酯类及矿物油加以清除,化学清洗往往仍有残留物。激光去酯可以将酯类及矿物油完全去除,不损伤零件表面。材料彻底去酯用于航天工业机械零件的清理,机械零件加工中的油酯去除同样可采用激光清洗。

07核电站反应堆内管道清洗

激光清洗系统还应用于核电站反应堆内管道的清洗。它采用光导纤维,将高功率激光束引入反应堆内部,直接清除放射性粉尘,清洗下来的物质清理方便。而且由于是远距离操作,可以确保工作人员的安全。

激光清洗在诸多领域发挥着重要作用,并且在汽车制造、半导体晶圆片清洗、精密零件加工制造、军事装备清洗、建筑物外墙清洗、文物保护、电路板清洗、精密零件加工制造、液晶显示器清洗、口香糖残迹去除等领域均可发挥重要作用。

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