Mobile menu
Вторник, 12 Ноябрь 2013 22:10

Основные свойства лазерного излучения применительно к очистке и обезжириванию поверхности металлов

Уникальные физические свойства лазерного излучения – высокая монохроматичность и когерентность, низкая расходимость излучения и его когерентность излучения высокие удельные энергетические характеристики позволили создать перспективный вид высококонцентрированного источника энергии, который нашел широкое применение в различных отраслях науки и техники, промышленности и, в частности, в машиностроении и приборостроении.

Лазерное излучение как технологический инструмент весьма универсально. Лазер широко применяется в технологических процессах пайки, резки, сварки, термообработки и других. В этой статье речь пойдет о лазерной очистке поверхности.

Лазерный луч можно сфокусировать на очень ограниченном пространстве. Это позволяет реализовать передачу энергии во времени большой мощности на единицу площади. Эта особенность позволяет использовать лазерное излучение для обработки строго определенных участков с минимальной зоной влияния на соседние зоны. Малые размеры зон локального воздействия позволяю в сочетании с современными системами пространственного позиционирования, такими как робото-технические комплексы, консольные и портальные манипуляторы получить высокоточный инструмент обработки изделий, способный получить высокую точность и повторяемость (воспроизводилось технологических процессов).

Высокая подводимая мощность позволяет получить высокую скорость резки (~100 000 мм/мин), сварки (~500 мм/сек), термообработки (~200 cм2/мин) позволяет отнести лазерное излучение к высокопроизводительному обрабатывающему инструменту.

Лазерный пучок, как технологический инструмент, не подвержен износу, в отличие, например, от механических инструментов, как резец или фреза, применяющихся при механической обработке.

Физические процессы при лазерной очистке поверхности зависят от плотности потока и мощности лазерного излучения попадающего на поверхность.

Рассмотрим два основных принципа лазерной очистки.

Испарительная лазерная очистка

В основе физических процессов, происходящих на поверхности при попадании лазерного излучения лежит процесс испарения или сублимации загрязнения. Плотность и мощность излучения превышает значение, при котором начинается испарение загрязняющих веществ. В случае когда слой загрязнения относительно прозрачен, лазерный луч проходит сквозь него и поглощается в поверхностном слое металла, разогревает его до температуры кипения, начинается испарение металла. Под действием разогретых паров слой неметаллического загрязнения разрушается и удаляется с поверхности не только в зоне воздействия лазера, но и в близлежащих областях, что повышает производительность очистки.

Для минимизации испарения основного металла, применяется, импульсные лазерные источники и выбирается скорость перемещения лазерного луча по поверхности (развертка) для обеспечения минимального порога испарения основного металла.

Метод обладает высокой производительностью. К недостаткам метода можно отнести изменение поверхностной структуры металла вследствие локального термического воздействия.

Квитанционная лазерная очистка

Применяется для минимизации термического воздействия на слой основного металла. Метод основан на принципе инициации кавитации в загрязняющем слое, в воздухе или в дополнительно нанесенном жидком моющем слое (влажная лазерная очистка). При лазерном нагревании поверхностного слоя происходит его термическое расширение. В отсутствии изменения его размеров это термическое расширение преобразуется в напряжение сжатия. В свою очередь, энергия сжатия пленки преобразуется в кинетическую энергию движения фрагментов слоя от поверхности.При этом энергия сжатия слоя может полностью расходоваться на энергию его движения, а может частично идти на преодоление сил адгезии.

Влажная лазерная очистка относится к разновидности ударно-механической лазерной очистки, используется для очистки механических дефектов (трещин, царапин) основной его принцип - усиления кавитирующего эффекта лазерного излучения за счет нанесения жидкой моющей среды, которая дополнительно может служить и катализатором нарушения адгезии загрязняющего слоя. Так например для испарения водных растворов при атмосферном давлении, достаточно температуры 100-110°С, что достаточно для кавитации и разрушения большого числа органических соединений, но все еще мало для структурных изменений металла. Химический состав моющего раствора может отличаться в зависимости от типа загрязнения. Квитанционная лазерная очистка может применяться как предварительная очистка перед испарительным методом.

Основные области применения

Самыми распространенными способами удаления окалины на сегодняшний день являются абразивные способы очистки с применением пескоструйных и дробеметных установок. Металлоперерабатывающие предприятия вынуждены самостоятельно решать задачу по очистке металлопроката, при этом очистка производится дважды: сначала очищается прокат от окалины, затем обезжиривание перед покраской. С готовых изделий удаляются цеховые загрязнения: масло, пыль, ржавчина (очищенная поверхность быстро ржавеет в цеховых условиях).

Кроме больших затрат на электроэнергию и приобретение расходных материалов – песка и дроби, предприятия вынуждены также решать и экологические проблемы, связанные с их утилизацией.

    • Обезжиривание поверхностей перед покраской, сваркой;
    • Очистка поверхностей перед нанесением защитных антикоррозионных покрытий;
    • Очистка сложных поверхностей, решеток, сеток;
    • Очистка поверхностных радиоактивных загрязнений;

 

Преимущества

    • Низкие затраты энергии, высокий КПД, компактность оборудования;
    • Возможность очистки крупногабаритных конструкций;
    • Возможность очистки в полевых условиях;
    • Отсутствие эффекта азотирования поверхности в сравнении с плазменной очисткой в разряженной воздушной среде;
    • Отсутствие необходимости утилизации расходных материалов (песка, дроби и прочего);

       

Медиа

Другие материалы в этой категории: « Управление координатными станками