A csúcsminőségű gyártás, valamint az energiatakarékosság és a kibocsátáscsökkentés egyre sürgetőbb igényt támaszt fejlett folyamatokra. Az ipari felületkezelés tekintetében sürgősen szükség van a technológia és a folyamatok átfogó korszerűsítésére. A hagyományos ipari tisztítási eljárások, mint például a mechanikus súrlódásos tisztítás, a vegyi korróziós tisztítás, az erős ütési tisztítás, a nagyfrekvenciás ultrahangos tisztítás nemcsak hosszú tisztítási ciklusokkal rendelkeznek, de nehezen automatizálhatók, káros hatással vannak a környezetre, és nem érik el a kívánt tisztító hatást. Nem tudja jól kielégíteni a finomfeldolgozás igényeit.
Precíziós lézeres tisztítógépek: zavaró tényezők az ipari tisztításban
A környezetvédelem, a nagy hatékonyság és a nagy pontosság közötti egyre szembetűnőbb ellentmondások miatt azonban a hagyományos ipari tisztítási módszerek nagy kihívást jelentenek. Ugyanakkor megjelentek a környezetkímélő, ultrafinomítás területén alkatrészre alkalmas különféle tisztítási technológiák, ezek közé tartozik a lézeres tisztítási technológia is.
Lézeres tisztítás koncepció
A lézeres tisztítás egy olyan technológia, amely fókuszált lézerrel hat az anyag felületére, hogy gyorsan elpárologtassa vagy lehámozza a felületen lévő szennyeződéseket, így megtisztítva az anyag felületét. A különféle hagyományos fizikai vagy kémiai tisztítási módszerekkel összehasonlítva a lézeres tisztítás jellemzői: nincs érintkezés, nincs fogyóeszköz, nincs szennyeződés, nagy pontosságú, nincs sérülés vagy kis sérülés, és ideális választás az ipari tisztítási technológia új generációjához.
A lézeres tisztítógép működési elve
A lézeres tisztítógép elve bonyolultabb, és fizikai és kémiai folyamatokat is tartalmazhat. Sok esetben a fizikai folyamatok a fő folyamatok, amelyeket néhány kémiai reakció kísér. A fő folyamatok három kategóriába sorolhatók, beleértve az elgázosítási folyamatot, a sokkolási folyamatot és az oszcillációs folyamatot.
Elgázosítási folyamat
Amikor a nagyenergiájú lézert az anyag felületére sugározzák, a felület elnyeli a lézerenergiát és belső energiává alakítja át, így a felületi hőmérséklet gyorsan emelkedik és az anyag párolgási hőmérséklete fölé kerül, így a szennyező anyagok gőz formájában elkülönül az anyag felületétől. Szelektív párologtatás általában akkor következik be, ha a lézerfény felületi szennyeződések általi elnyelési sebessége lényegesen nagyobb, mint a hordozóé. Tipikus alkalmazási eset a kőfelületek szennyeződéseinek tisztítása. Amint az alábbi ábrán látható, a kő felületén lévő szennyeződések erősen elnyelik a lézert, és gyorsan elpárolognak. A szennyező anyagok eltávolításakor és a lézer besugárzásakor a kőfelületen gyenge a felszívódás, több lézerenergia szór szét a kőfelületen, a kőfelület hőmérsékletváltozása kicsi, a kőfelület védve van a sérülésektől.
Egy tipikus vegyi alapú eljárás akkor következik be, amikor az ultraibolya sávban lévő lézert szerves szennyeződések tisztítására használják, ezt lézeres ablációnak nevezik. Az ultraibolya lézerek rövid hullámhosszúak és nagy fotonenergiával rendelkeznek. Például a KrF excimer lézerek hullámhossza 248 nm, fotonenergiája pedig 5 eV, ami 40-szer nagyobb, mint a CO2 lézer fotonenergiája (0,12 eV). Az ilyen nagy fotonenergia elegendő a szerves anyagok molekuláris kötéseinek tönkretételéhez, így a szerves szennyező anyagokban lévő CC, CH, CO stb. a lézer fotonenergiájának elnyelése után felbomlik, ami pirolízis elgázosítást és a felszínről való eltávolítást eredményez.
Sokkoló folyamat
A lökésfolyamat a lézer és az anyag kölcsönhatása során fellépő reakciók sorozata, majd az anyag felületén lökéshullám képződik. A lökéshullám hatására a felületi szennyeződések feltörnek, és por vagy törmelék válik le a felületről. Sok mechanizmus okoz lökéshullámokat, beleértve a plazmát, a gőzt, valamint a gyors hőtágulást és összehúzódást. Példaként a plazma lökéshullámok segítségével röviden megérthetjük, hogyan távolítja el a lézeres tisztítás sokkoló folyamata a felületi szennyeződéseket. Az ultrarövid impulzusszélesség (ns) és az ultranagy csúcsteljesítményű (107–1010 W/cm2) lézerek alkalmazásával a felületi hőmérséklet még akkor is meredeken emelkedik, ha a felület enyhén elnyeli a lézert, és azonnal eléri a párolgási hőmérsékletet. Fent a gőz az anyag felülete felett képződött, a következő ábra (a) pontjában látható módon. A gőz hőmérséklete elérheti a 104-105 K-t, ami magát a gőzt vagy a környező levegőt ionizálhatja, plazmát képezve. A plazma megakadályozza, hogy a lézer elérje az anyag felületét, és az anyag felületének párologtatása leállhat, de a plazma továbbra is elnyeli a lézerenergiát, és a hőmérséklet tovább emelkedik, így kialakul egy lokális állapot. ultramagas hőmérséklet és nagy nyomás, amely pillanatnyi 1-100 kbar nyomást produkál az anyag felületén. Az ütés fokozatosan átterjed az anyag belsejébe, amint az alábbi (b) és (c) ábrán látható. A lökéshullám hatására a felületi szennyeződések apró porokra, részecskékre vagy töredékekre bomlanak fel. Amikor a lézert elmozdítják a besugárzási pozícióból, a plazma eltűnik, és lokálisan negatív nyomás keletkezik, és a szennyeződések részecskéi vagy törmelékei eltávolítódnak a felületről, amint az alábbi (d) ábrán látható.
Oszcillációs folyamat
Rövid impulzusok hatására az anyag felmelegedési és hűtési folyamatai rendkívül gyorsak. Mivel a különböző anyagoknak eltérő a hőtágulási együtthatója, a rövid impulzusú lézer besugárzása során a felületi szennyeződések és a szubsztrát nagyfrekvenciás hőtáguláson és különböző mértékű összehúzódáson mennek keresztül, ami oszcillációt eredményez, aminek következtében a szennyeződések leválnak a felületről. az anyagot. A hámlási folyamat során előfordulhat, hogy az anyag nem párolog el, és nem képződik plazma. Ehelyett a szennyezőanyag és a szubsztrátum határfelületén oszcilláció hatására létrejövő nyíróerő tönkreteszi a szennyezőanyag és a szubsztrát közötti kötést. . Tanulmányok kimutatták, hogy a lézer beesési szögének enyhén növelésével növelhető a lézer és a részecskeszennyeződés és a hordozófelület közötti érintkezés, csökkenthető a lézeres tisztítás küszöbértéke, az oszcillációs hatás nyilvánvalóbb, és nagyobb a tisztítási hatékonyság. A beesési szög azonban nem lehet túl nagy. A túl nagy beesési szög csökkenti az anyag felületére ható energiasűrűséget és gyengíti a lézer tisztítóképességét.
A lézertisztítók ipari alkalmazásai
Penészipar
A lézeres tisztító megvalósíthatja a forma érintésmentes tisztítását, amely nagyon biztonságos a forma felületére, biztosíthatja annak pontosságát, és képes megtisztítani a hagyományos tisztítási módszerekkel nem távolítható szubmikron szennyeződésrészecskéket, így valóban szennyezésmentes, hatékony és minőségi tisztítás elérése érdekében.
Precíziós műszeripar
A precíziós gépiparnak gyakran el kell távolítania a kenéshez és a korrózióállósághoz használt észtereket és ásványolajokat az alkatrészekről, általában vegyi úton, és a kémiai tisztítás gyakran maradványokat hagy maga után. A lézeres észtermentesítés teljesen eltávolíthatja az észtereket és az ásványi olajokat anélkül, hogy károsítaná az alkatrészek felületét. A lézer elősegíti az alkatrész felületén lévő vékony oxidréteg robbanásszerű elgázosítását lökéshullám kialakítására, ami a mechanikai kölcsönhatás helyett a szennyeződések eltávolítását eredményezi.
Vasúti Ipar
Jelenleg a sínek összes hegesztés előtti tisztítása csiszolókorongos és csiszolószalagos csiszolási típusú tisztítást alkalmaz, ami komoly károkat okoz az aljzatban és komoly maradványfeszültséget okoz, és évente sok csiszolókorong-fogyóanyagot fogyaszt, ami költséges és súlyos következményekkel jár. porszennyezés a környezetre. A lézeres tisztítás kiváló minőségű és hatékony zöld tisztítási technológiát biztosít országom nagysebességű vasúti pályafektetési gyártásában, megoldja a fenti problémákat, kiküszöböli a hegesztési hibákat, például a varrat nélküli sínlyukakat és a szürke foltokat, és javítja hazám magas fekvésének stabilitását és biztonságát. -sebességű vasúti üzemeltetés.
Repülési ipar
A repülőgép felületét bizonyos idő elteltével újra kell festeni, de a festés előtt az eredeti régi festéket teljesen el kell távolítani. A vegyszeres áztatás/törlés a fő festékeltávolítási módszer a repülés területén. Ezzel a módszerrel nagy mennyiségű vegyi segédhulladék keletkezik, a helyi karbantartás és festékeltávolítás pedig lehetetlen. Ez a folyamat nagy megterhelést jelent és káros az egészségre. A lézeres tisztítás kiváló minőségű festékeltávolítást tesz lehetővé a repülőgép bőrfelületeiről, és könnyen automatizálható a gyártáshoz. Jelenleg a lézeres tisztítási technológiát alkalmazzák egyes csúcskategóriás modellek karbantartására.
Hajóipar
Jelenleg a hajók gyártás előtti tisztítása elsősorban a homokfúvás módszerét alkalmazza. A homokfúvás módszere komoly porszennyezést okozott a környező környezetben, és fokozatosan betiltották, aminek következtében a hajógyártók csökkentették vagy akár felfüggesztették a gyártást. A lézeres tisztítási technológia zöld és szennyeződésmentes tisztító megoldást biztosít a hajófelületek korrózió elleni permetezéséhez.
Fegyverzet
A lézeres tisztítási technológiát széles körben alkalmazzák a fegyverek karbantartásában. A lézeres tisztítórendszer hatékonyan és gyorsan eltávolíthatja a rozsdát és a szennyeződéseket, és kiválaszthatja a tisztító részt a tisztítás automatizálásának megvalósításához. A lézeres tisztítással nem csak a tisztaság magasabb, mint a vegyszeres tisztítási eljárás, hanem szinte semmi károsodást nem okoz a tárgy felülete. Különböző paraméterek beállításával a lézeres tisztítógép a fémtárgyak felületén sűrű oxid védőfóliát vagy fémolvadó réteget is tud kialakítani a felületi szilárdság és a korrózióállóság javítása érdekében. A lézerrel eltávolított hulladék alapvetően nem szennyezi a környezetet, és nagy távolságra is üzemeltethető, ami hatékonyan csökkenti a kezelő egészségkárosodását.
épület külső
Egyre több felhőkarcoló épül, és egyre hangsúlyosabbá vált a külső falak építésének tisztítási problémája. A lézeres tisztítórendszer optikai szálakon keresztül jól megtisztítja az épületek külső falait. A maximálisan 70 méteres megoldással hatékonyan lehet tisztítani a különféle szennyeződéseket különféle köveken, fémeken és üvegeken, hatékonysága pedig jóval nagyobb, mint a hagyományos tisztításé. Ezenkívül eltávolíthatja a fekete foltokat és foltokat az épületek különböző köveiről. A lézeres tisztítórendszer épületeken és kőemlékeken végzett tisztítási tesztje azt mutatja, hogy a lézeres tisztítás jó hatással van az ódon épületek megjelenésének védelmére.
Elektronikai ipar
Az elektronikai ipar lézereket használ az oxidok eltávolítására: Az elektronikai ipar nagy pontosságú fertőtlenítést igényel, és a lézeres deoxidáció különösen alkalmas. Az optimális elektromos érintkezés biztosítása érdekében az alkatrészek csapjait alaposan deoxidálni kell a tábla forrasztása előtt, és a csapok nem sérülhetnek meg a fertőtlenítési folyamat során. A lézeres tisztítás megfelel a használati követelményeknek, és a hatásfok nagyon magas, minden tűhöz csak egy lézeres besugárzás szükséges.
Atomerőmű
A lézeres tisztítórendszereket az atomerőművek reaktorcsövéinek tisztítására is használják. Optikai szál segítségével nagy teljesítményű lézersugarat vezet be a reaktorba a radioaktív por közvetlen eltávolítása érdekében, és a megtisztított anyag könnyen tisztítható. És mivel távolról működtethető, a személyzet biztonsága garantálható.
Összegzés
Napjaink fejlett feldolgozóipara a nemzetközi verseny csúcspontjává vált. A lézeres gyártás fejlett rendszereként a lézeres tisztítógép nagy potenciállal rendelkezik az ipari fejlesztések alkalmazási értékére. A lézeres tisztítási technológia erőteljes fejlesztése nagyon fontos stratégiai jelentőséggel bír a gazdasági és társadalmi fejlődés szempontjából.