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激光清洗技術
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時間: 2018-05-31 15:55:26來源: 無錫sunbet智能科技有限公司
傳統清洗工業有各種各樣的清洗方式,多是利用化學藥劑和機械方法進行清洗。在我國環境保護法規要求越來越嚴格、人們環保和安全意識日益增強的今天,工業生產清洗中可以使用的化學藥品種類將變得越來越少。如何尋找更清潔,且不具損傷性的清洗方式是sunbet不得不考慮的問題。而激光清洗具有無研磨、非接觸、無熱效應和適用於各種材質的物體等清洗特點,被認為是最可靠、最有效的解決辦法。同時,激光清洗可以解決采用傳統清洗方式無法解決的問題。例如,工件表麵粘有亞微米級的汙染顆粒時,這些顆粒往往粘得很緊,常規的清洗辦法不能夠將它去除,而用納米激光輻射工件表麵進行清洗則非常有效。還由於激光對工件是無接觸清洗,對精密工件或其精細部位清洗十分安全,可以確保其精度。所以激光清洗在清洗行業中獨具優勢。
激光為什麽能夠用來清洗?為什麽對被清洗物體不會造成損害呢?首先了解一下激光的本質。簡單來說,激光和在sunbet身邊的如影隨形般的光線(可見光和不可見光)沒有什麽不同,隻不過激光是利用諧振腔把光聚集在同一個方向上,並且有較單純的波長,協調性等性能更好,因此理論上所有波長的光都可以用來形成激光,但實際上受限於能夠激發的介質不多,因此能夠產生穩定且適合工業生產的激光光源相當有限。被廣泛使用的大概也就是Nd:YAG激光、二氧化碳激光和準分子激光。由於Nd:YAG激光可以通過光纖傳輸更適合工業應用,因此在激光清洗中也多被采用。


優點

與機械摩擦清洗、化學腐蝕清洗、液體固體強力衝擊清洗、高頻超聲清洗等傳統清洗方法相比,激光清洗具有明顯的優點:
1、激光清洗是一種"綠色"的清洗方法,不需使用任何化學藥劑和清洗液,清洗下來的廢料基本上都是固體粉末,體積小,易於存放,可回收,可以輕易解決化學清洗帶來的環境汙染問題;
2、傳統的清洗方法往往是接觸式清洗,對清洗物體表麵有機械作用力,損傷物體的表麵或者清洗的介質附著於被清洗物體的表麵,無法去除,產生二次汙染,激光清洗的無研磨和非接觸性使這些問題迎刃而解;
3、激光可以通過光纖傳輸,與機器手和機器人相配合,方便地實現遠距離操作,能清洗傳統方法不易達到的部位,這在一些危險的場所使用可以確保人員的安全;
4、激光清洗能夠清除各種材料表麵的各種類型的汙染物,達到常規清洗無法達到的清潔度。而且還可以在不損傷材料表麵的情況下有選擇性地清洗材料表麵的汙染物;
5、激光清洗效率高,節省時間;
6、 購買激光清洗係統雖然前期一次性投入較高,但清洗係統可以長期穩定使用,運行成本低,以Quantel公司的LASERLASTE為例,每小時的運行費用僅為1歐元左右,更重要的是可以方便地實現自動化操作。


原理
脈衝式的Nd:YAG激光清洗的過程依賴於激光器所產生的光脈衝的特性,基於由高強度的光束、短脈衝激光及汙染層之間的相互作用所導致的光物理反應。其物理原理可概括如下:
a)激光器發射的光束被需處理表麵上的汙染層所吸收。
b)大能量的吸收形成急劇膨脹的等離子體(高度電離的不穩定氣體),產生衝擊波。
c)衝擊波使汙染物變成碎片並被剔除。
d)光脈衝寬度必須足夠短,以避免使被處理表麵遭到破壞的熱積累。
e)實驗表明當金屬表麵上有氧化物時,等離子體產生於金屬表麵。
等離子體隻在能量密度高於閾值的情況下產生,這個閾值取決於被去除的汙染層或氧化層。這個閾值效應對在保證基底材料安全的情況下進行有效清潔非常重要。等離子體的出現還存在第二個閾值。如果能量密度超過這一閾值,則基底材料將被破壞。為在保證基底材料安全的前提下進行有效的清潔,必須根據情況調整激光參數,使光脈衝的能量密度嚴格處於兩個閾值之間。
每個激光脈衝去除一定厚度的汙染層。如果汙染層比較厚,則需要多個脈衝進行清洗。將表麵清洗幹淨所需要的脈衝數量取決於表麵汙染程度。由兩個閾值產生的一個重要結果是清洗的自控性。能量密度高於第一閾值的光脈衝將一直剔除汙染物,直到達到基底材料為止。然而,因為其能量密度低於基底材料的破壞閾值,所以基底不會受到破壞。


實際應用
激光清洗不但可以用來清洗有機的汙染物,也可以用來清洗無機物,包括金屬的鏽蝕、金屬微粒、灰塵等。下麵介紹一些實際應用情況,這些技術已非常成熟,已被廣泛應用。
1、模具的清洗:
每年全世界的輪胎生產企業製造數億個輪胎,生產過程中輪胎模具的清洗必須迅速可靠,以節省停機的時間。傳統的清洗方法包括噴沙、超聲波或二氧化碳清洗等,但這些方法通常必須在高熱的模具經數小時冷卻後,再移往清洗設備進行清潔,清潔所需的時間長,並容易損害模具的精度,化學溶劑及噪聲還會產生安全和環保等問題。利用激光清洗方式,由於激光可利用光纖來傳輸,因此在使用上深具彈性;由於激光清洗方式可用光纖連接而將光導至模具的死角或不易清除的部位進行清洗,因此使用方便;由於橡膠並無氣化,因此不會產生有毒害的氣體,影響工作環境的安全。激光清洗輪胎模具的技術已經大量在歐美的輪胎工業中被采用,雖然初期投資成本較高,但可在節省待機時間、避免模具損壞、工作安全及節省原材料上所獲得的收益迅速得到回收。
食品工業模具上防粘的彈性膜層需要定期更換以保證衛生,不用化學試劑而使用激光清洗也特別適合這種應用。
2、武器裝備的清洗:
激光清洗技術在武器維護保養上廣泛應用。采用激光清洗係統,可以高效、快捷地清除鏽蝕、汙染物,並可以對清除部位進行選擇,實現清洗的自動化。采用激光清洗,不但清潔度高於化學清洗工藝,而且對於物體表麵幾乎無損害。通過設定不同參數,還可以在金屬物體表麵形成一層致密的氧化物保護膜或金屬熔融層,提高表麵強度和耐腐蝕性。激光清除的廢料對環境基本上不構成汙染,還可以進行遠距離操作,有效減少了對操作人員的健康損害。
3、飛機舊漆的清除:
在歐洲激光清洗係統早已應用在航空工業中。飛機的表麵過一定時間後要重新噴漆,但是噴漆之前需要將原來的舊漆完全除去。傳統的機械清除油漆法容易對飛機的金屬表麵造成損傷,給安全飛行帶來隱患。如采用多個激光清洗係統,可在兩天之內將一架A320空中客車表麵的漆層完全除掉,且不會損傷到金屬表麵。
4、樓宇外牆的清洗:
隨著我國經濟的飛速發展,越來越多的摩天大樓被建立起來,大樓外牆的清潔問題日益凸現,激光清洗係統通過最長70米的光纖對建築物外牆的清洗提供了很好的解決方法,它可以對各種石材、金屬、玻璃上的各種汙染物進行有效清洗,且比常規清洗效率高很多倍。還可以對建築物的各種石材上的黑斑、色斑進行清除。
5、電子工業中的清洗:
電子工業使用激光去除氧化物:電子工業需要高精度地去汙,特別適合采用激光去氧化物。在電路板焊接前,元件針腳必須徹底去氧化物以保證最佳的電接觸,在去汙過程中還不能損壞針腳。激光清洗可以滿足使用要求,且效率很高,一個針腳隻需照射一次激光。
6、精密機械工業中的精確去酯清洗:
精密機械工業常常需對零件上用來潤滑和抗腐蝕的酯類及礦物油加以清除,通常是用化學方法,而化學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,不損傷零件表麵。其汙染物去除是由衝擊波完成,零件表麵氧化物薄層爆炸性氣化形成了衝擊波,導致汙物去除,而非機械互作用。材料徹底去酯用於航天工業機械零件的清理。機械零件加工中的油酯去除同樣可采用激光清洗。
7、核電站反應堆內管道清洗:
激光清洗係統還應用於核電站反應堆內管道的清洗。它采用光導纖維,將高功率激光束引入反應堆內部,直接清除放射性粉塵,清洗下來的物質清理方便。而且由於是遠距離操作,可以確保工作人員的安全。
綜上所述,激光清洗在很多領域發揮著重要作用,並且在汽車製造、半導體晶圓片清洗、精密零件加工製造、軍事裝備清洗、建築物外牆清洗、文物保護、電路板清洗、精密零件加工製造、液晶顯示器清洗、口香糖殘跡去除等領域均可發揮重要作用。


主要方法
激光清洗方法主要有4種:
①激光幹洗法,即采用脈衝激光直接輻射去汙;
②激光+液膜方法,即首先沉積一層液膜於基體表麵,然後用激光輻射去汙;
③激光+惰性氣體的方法,即在激光輻射的同時,用惰性氣體吹向基體表麵,當汙物從表麵剝離後會立即被氣體吹離表麵,以避免表麵再次汙染和氧化;
④運用激光使汙垢鬆散後,再用非腐蝕性化學方法清洗。
最常用的是前 3種方法。第4種方法僅見於石質文物的清洗中。
國際上,激光清洗技術對石質材料的應用已有十幾年的曆史。在我國,石質材料的激光清洗起步較晚。由於激光設備的投資還較為昂貴,普遍化應用還有一定難度。但是激光清洗技術具有傳統清洗方法無法比擬的優點,隨著技術的不斷完善和設備的批量化生產,激光清洗技術必將在石質材料的清洗中發揮重要的作用。