激光設(shè)備的清洗工藝講解

1、激光設(shè)備的清洗工藝1前言隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，激光技術(shù)已越來(lái)越多地應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和 生活的各個(gè)領(lǐng)域。從超市的條形碼、激光打印機(jī)到激光美容、治療近視，并已 為人們所熟悉。激光設(shè)備用于工業(yè)生產(chǎn)的切割、鉆孔以及焊接也為許多人所了 解。但激光設(shè)備在清洗行業(yè)的應(yīng)用，人們還不夠熟悉和了解。激光清洗技術(shù)是 近 10 年來(lái)飛速發(fā)展的一種新型清洗技術(shù)，它以自身的優(yōu)勢(shì)和不可替代性在許多 領(lǐng)域中逐步取代了傳統(tǒng)清洗工藝。下面對(duì)激光設(shè)備為什么能夠進(jìn)行1 前言隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，激光技術(shù)已越來(lái)越多地應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活的 各個(gè)領(lǐng)域。從超市的條形碼、激光打印機(jī)到激光美容、治療近視，并已為人們 所熟悉。激光設(shè)備用于

2、工業(yè)生產(chǎn)的切割、鉆孔以及焊接也為許多人所了解。但 激光設(shè)備在清洗行業(yè)的應(yīng)用，人們還不夠熟悉和了解。激光清洗技術(shù)是近10 年來(lái)飛速發(fā)展的一種新型清洗技術(shù)，它以自身的優(yōu)勢(shì)和不可替代性在許多領(lǐng)域中 逐步取代了傳統(tǒng)清洗工藝。下面對(duì)激光設(shè)備為什么能夠進(jìn)行清洗？可用于清洗 什么？清洗的效率效果如何？作一簡(jiǎn)單介紹。2激光與清洗傳統(tǒng)清洗工業(yè)有各種各樣的清洗方式，多是利用化學(xué)藥劑和機(jī)械方法進(jìn)行清 洗。在我國(guó)環(huán)境保護(hù)法規(guī)要求越來(lái)越嚴(yán)格、人們環(huán)保和安全意識(shí)日益增強(qiáng)的今 天，工業(yè)生產(chǎn)清洗中可以使用的化學(xué)藥品種類將變得越來(lái)越少。如何尋找更清 潔，且不具損傷性的清洗方式是我們不得不考慮的問(wèn)題。而激光清洗具有無(wú)研 磨、非接

3、觸、無(wú)熱效應(yīng)和適用于各種材質(zhì)的物體等清洗特點(diǎn)，被認(rèn)為是最可 靠、最有效的解決辦法。同時(shí)，激光清洗可以解決采用傳統(tǒng)清洗方式無(wú)法解決 的問(wèn)題。例如，工件表面粘有亞微米級(jí)的污染顆粒時(shí)，這些顆粒往往粘得很 緊，常規(guī)的清洗辦法不能夠?qū)⑺コ?，而用納米激光輻射工件表面進(jìn)行清洗則 非常有效。還由于激光對(duì)工件是無(wú)接觸清洗，對(duì)精密工件或其精細(xì)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(yè)中獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。激光為什么能夠用來(lái)清洗？為什么對(duì)被清洗物體不會(huì)造成損害呢？首先了解一 下激光的本質(zhì)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，激光和在我們身邊的如影隨形般的光線 （ 可見(jiàn)光和不 可見(jiàn)光 ）沒(méi)有什么不同，只不過(guò)激光是利用諧振腔把光聚集在同

4、一個(gè)方向上，并 且有較單純的波長(zhǎng)，協(xié)調(diào)性等性能更好，因此理論上所有波長(zhǎng)的光都可以用來(lái) 形成激光，但實(shí)際上受限于能夠激發(fā)的介質(zhì)不多，因此能夠產(chǎn)生穩(wěn)定且適合工 業(yè)生產(chǎn)的激光光源相當(dāng)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(zhǔn)分子激光。由于 Nd: YAG激光可以通過(guò)光纖傳輸更適合工業(yè)應(yīng)用，因 此在激光清洗中也多被采用。3激光表面清洗的優(yōu)點(diǎn) 與機(jī)械摩擦清洗、化學(xué)腐蝕清洗、液體固體強(qiáng)力沖擊清洗、高頻超聲清洗等傳 統(tǒng)清洗方法相比，激光清洗具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。3.1 激光清洗是一種”綠色”的清洗方法，不需使用任何化學(xué)藥劑和清洗液， 清洗下來(lái)的廢料基本上都是固體粉末，體積小，易于存放，可回收，

5、可以輕易 解決化學(xué)清洗帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題；3.2 傳統(tǒng)的清洗方法往往是接觸式清洗，對(duì)清洗物體表面有機(jī)械作用力，損傷 物體的表面或者清洗的介質(zhì)附著于被清洗物體的表面，無(wú)法去除，產(chǎn)生二次污 染，激光清洗的無(wú)研磨和非接觸性使這些問(wèn)題迎刃而解；3.3 激光可以通過(guò)光纖傳輸，與機(jī)器手和機(jī)器人相配合，方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操 作，能清洗傳統(tǒng)方法不易達(dá)到的部位，這在一些危險(xiǎn)的場(chǎng)所使用可以確保人員 的安全；3.4 激光清洗能夠清除各種材料表面的各種類型的污染物，達(dá)到常規(guī)清洗無(wú)法 達(dá)到的清潔度。而且還可以在不損傷材料表面的情況下有選擇性地清洗材料表 面的污染物；3.5 激光清洗效率高，節(jié)省時(shí)間；3.6 購(gòu)買激光清洗系

6、統(tǒng)雖然前期一次性投入較高，但清洗系統(tǒng)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定使 用，運(yùn)行成本低，以Quantel公司的LASERLAST為例，每小時(shí)的運(yùn)行費(fèi)用僅為 1 歐元左右，更重要的是可以方便地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。4激光表面清洗的原理脈沖式的Nd:YAG激光清洗的過(guò)程依賴于激光器所產(chǎn)生的光脈沖的特性，基于由高強(qiáng)度的光束、短脈沖激光及污染層之間的相互作用所導(dǎo)致的光物理反應(yīng)。其 物理原理可概括如下：a) 激光器發(fā)射的光束被需處理表面上的污染層所吸收。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(wěn)定氣體 ) ，產(chǎn)生沖 擊波。c) 沖擊波使污染物變成碎片并被剔除。d) 光脈沖寬度必須足夠短，以避免使被處理表面遭到破

7、壞的熱積累。e) 實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)金屬表面上有氧化物時(shí)，等離子體產(chǎn)生于金屬表面。等離子體只在能量密度高于閾值的情況下產(chǎn)生，這個(gè)閾值取決于被去除的污染 層或氧化層。這個(gè)閾值效應(yīng)對(duì)在保證基底材料安全的情況下進(jìn)行有效清潔非常 重要。等離子體的出現(xiàn)還存在第二個(gè)閾值。如果能量密度超過(guò)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(jìn)行有效的清潔，必須根據(jù) 情況調(diào)整激光參數(shù)，使光脈沖的能量密度嚴(yán)格處于兩個(gè)閾值之間。每個(gè)激光脈沖去除一定厚度的污染層。如果污染層比較厚，則需要多個(gè)脈沖進(jìn) 行清洗。將表面清洗干凈所需要的脈沖數(shù)量取決于表面污染程度。由兩個(gè)閾值 產(chǎn)生的一個(gè)重要結(jié)果是清洗的自控性。能量密度高于第一

8、閾值的光脈沖將一直 剔除污染物，直到達(dá)到基底材料為止。然而，因?yàn)槠淠芰棵芏鹊陀诨撞牧系?破壞閾值，所以基底不會(huì)受到破壞。5激光清洗的實(shí)際應(yīng)用激光清洗不但可以用來(lái)清洗有機(jī)的污染物，也可以用來(lái)清洗無(wú)機(jī)物，包括金屬 的銹蝕、金屬微粒、灰塵等。下面介紹一些實(shí)際應(yīng)用情況，這些技術(shù)已非常成 熟，已被廣泛應(yīng)用。5.1 模具的清洗：每年全世界的輪胎生產(chǎn)企業(yè)制造數(shù)億個(gè)輪胎，生產(chǎn)過(guò)程中輪胎模具的清洗必須 迅速可靠，以節(jié)省停機(jī)的時(shí)間。傳統(tǒng)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(jīng)數(shù)小時(shí)冷卻后，再移往清洗設(shè)備 進(jìn)行清潔，清潔所需的時(shí)間長(zhǎng)，并容易損害模具的精度，化學(xué)溶劑及噪聲還

9、會(huì) 產(chǎn)生安全和環(huán)保等問(wèn)題。利用激光清洗方式，由于激光可利用光纖來(lái)傳輸，因 此在使用上深具彈性；由于激光清洗方式可用光纖連接而將光導(dǎo)至模具的死角 或不易清除的部位進(jìn)行清洗，因此使用方便；由于橡膠并無(wú)氣化，因此不會(huì)產(chǎn) 生有毒害的氣體，影響工作環(huán)境的安全。激光清洗輪胎模具的技術(shù)已經(jīng)大量在 歐美的輪胎工業(yè)中被采用，雖然初期投資成本較高，但可在節(jié)省待機(jī)時(shí)間、避 免模具損壞、工作安全及節(jié)省原材料上所獲得的收益迅速得到回收。根據(jù)Quantel公司的LASERLAST激光清洗系在上海雙錢載重輪胎公司生產(chǎn)線上進(jìn)行的清洗試驗(yàn)表明，僅需 2 個(gè)小時(shí)就可以在線清洗一套大型載重輪胎的模具。和 常規(guī)清洗方法相比，經(jīng)濟(jì)效益

10、是顯而易見(jiàn)的。食品工業(yè)模具上防粘的彈性膜層需要定期更換以保證衛(wèi)生，不用化學(xué)試劑而使 用激光清洗也特別適合這種應(yīng)用。5.2 武器裝備的清洗：激光清洗技術(shù)在武器維護(hù)保養(yǎng)上廣泛應(yīng)用。采用激光清洗系統(tǒng)，可以高效、快 捷地清除銹蝕、污染物，并可以對(duì)清除部位進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)清洗的自動(dòng)化。采 用激光清洗，不但清潔度高于化學(xué)清洗工藝，而且對(duì)于物體表面幾乎無(wú)損害。 Quan tel公司的LASERLASTfi過(guò)設(shè)定不同參數(shù)，還可以在金屬物體表面形成一 層致密的氧化物保護(hù)膜或金屬熔融層，提高表面強(qiáng)度和耐腐蝕性。激光清除的 廢料對(duì)環(huán)境基本上不構(gòu)成污染，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離操作，有效減少了對(duì)操作人 員的健康損害。5.3 飛

11、機(jī)舊漆的清除： 在歐洲激光清洗系統(tǒng)早已應(yīng)用在航空工業(yè)中。飛機(jī)的表面過(guò)一定時(shí)間后要重新 噴漆，但是噴漆之前需要將原來(lái)的舊漆完全除去。傳統(tǒng)的機(jī)械清除油漆法容易 對(duì)飛機(jī)的金屬表面造成損傷，給安全飛行帶來(lái)隱患。如采用多個(gè)激光清洗系 統(tǒng)，可在兩天之內(nèi)將一架 A320 空中客車表面的漆層完全除掉，且不會(huì)損傷到金 屬表面。5.4 樓宇外墻的清洗：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的摩天大樓被建立起來(lái)，大樓外墻的清潔 問(wèn)題日益凸現(xiàn)，LASERLAST激光清洗系統(tǒng)通過(guò)最長(zhǎng)70米的光纖對(duì)建筑物外墻 的清洗提供了很好的解決方法，它可以對(duì)各種石材、金屬、玻璃上的各種污染 物進(jìn)行有效清洗，且比常規(guī)清洗效率高很多倍。還可以

12、對(duì)建筑物的各種石材上 的黑斑、色斑進(jìn)行清除。LASERLAST激光清洗系統(tǒng)在嵩山少林寺對(duì)建筑物、石 碑進(jìn)行的清洗試驗(yàn)表明，采用激光清洗對(duì)保護(hù)古建筑恢復(fù)外觀效果非常好。5.5 電子工業(yè)中的清洗電子工業(yè)使用激光去除氧化物：電子工業(yè)需要高精度地去污，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，在去污過(guò)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(gè)針腳只需照射一次激光。5.6 精密機(jī)械工業(yè)中的精確去酯清洗：精密機(jī)械工業(yè)常常需對(duì)零件上用來(lái)潤(rùn)滑和抗腐蝕的酯類及礦物油加以清除，通 常是用化學(xué)方法，而化學(xué)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，不損傷零件表面。其污染物去除是由沖擊波完成，零件表面氧化物 薄層爆炸性氣化形成了沖擊波，導(dǎo)致污物去除，而非機(jī)械互作用。材料徹底去 酯用于航天工業(yè)機(jī)械零件的清理。機(jī)械零件加工中的油酯去除同樣可采用激光 清洗。5.7 核電站反應(yīng)堆內(nèi)管道清洗：激光清洗系統(tǒng)還應(yīng)用于