1. Søknadsbakgrunn
I industrien og andre felt har tradisjonelle rengjøringsmetoder som kjemisk rengjøring og mekanisk sliping lenge dominert. Kjemisk rengjøring vil sannsynligvis generere en stor mengde kjemisk avfallsvæske, noe som forårsaker miljøforurensning, og det er også en risiko for korrosjon til noen presisjonskomponenter. Selv om mekanisk sliping kan fjerne overflateskitt, er det lett å skade basismaterialet. Det har en dårlig effekt når man arbeider med komponenter i komplekse former, og det vil også gi støvforurensning, og utgjør en trussel for helsen til operatørene. Dessuten er det vanskelig å oppfylle kravene til rengjøring med høy presisjon.
Med den raske utviklingen av high-end produksjonsindustri som romfart, jernbanetransport og marine skip, blir kravene til rengjøring av komponenter stadig strengere. Store og komplekse komponenter, for eksempel flymotorinntak, høyhastighetsbilbilder og skipslukker, deres overflatekvalitet påvirker direkte produktets ytelse og levetid. Disse komponentene er ikke bare store i størrelse og komplekse form, men har også ekstremt høye krav til rengjøring av nøyaktighet, effektivitet og overflateintegritet. Tradisjonelle rengjøringsmetoder kan ikke lenger dekke utviklingsbehovene til moderne produksjonsindustri.
På bakgrunn av den økende globale bevisstheten om miljøvern, står produksjonsindustrien overfor presset med å redusere forurensningsutslipp og ressursforbruk. Som en grønn rengjøringsteknologi har laserrengjøringsteknologi fordeler som ingen kjemisk forurensning, lavt energiforbruk og rengjøring som ikke er kontakt. Det kan effektivt løse miljøproblemene forårsaket av tradisjonelle rengjøringsmetoder, samsvarer med den bærekraftige utviklingsstrategien, og applikasjonsbehovet på forskjellige felt blir mer og mer presserende.
2. Laserrengjøringsteknologi: Mekanisme
Laserrensinger en teknologi som bruker en laserstråle med en høy energitetthet for å samhandle med overflaten til et materiale. Dette fører til at skitt, belegg osv. Skalles av eller dekomponeres fra overflaten av underlaget, og dermed oppnår formålet med rengjøring.
Laserrensingsprosessen involverer flere fysiske mekanismer, for eksempel termisk ablasjon, stressvibrasjon, termisk ekspansjon, fordampning, faseeksplosjon, fordampningstrykk og plasmasjokk. Disse mekanismene fungerer sammen for å skille objektet som skal rengjøres fra underlaget, og oppnå rengjøreffekten.
I henhold til de forskjellige rengjøringsmediene, kan laserrensing deles inn i laser renseri, våt laserrengjøring og lasersjokkbølgerengjøring.
Laser renseri
Laser renseri er for tiden den mest brukte laserrensemetoden. Den bruker en laserstråle for å direkte bestrige overflaten på underlaget, noe som får underlaget til å gjennomgå termisk ekspansjon for å overvinne van der Waals -kraften, og dermed fjerne skitt.
Laserintensitet:Endringen i laserenergitetthet påvirker rengjøreffekten betydelig. Ved lav energiintensitet er fordampning og faseeksplosjon hovedprosessene. Ved høye energitettheter kommer også fordampningstrykk og sjokkeffekter i spill, og ultrahøy energi kan føre til problemer som generering av plasma. Vanligvis utføres rengjøring ved en relativt lav energitetthet for å beskytte underlaget.
Laserbølgelengde:Bølgelengden er relatert til energikoblingen av materialet. Ved korte bølgelengder er fotokjemisk ablasjon dominerende, mens ved lange bølgelengder er fototermisk ablasjon dominerende. Videre påvirker bølgelengden kraften og temperaturfordelingen mellom partiklene og underlaget, og påvirker dermed rengjøringskraften og effektiviteten. Effekten av bølgelengden varierer også for forskjellige rengjøringsoppgaver.
Pulsbredde:Rengjøringsmekanismene til korte og langpulser er forskjellige. Lange pulser har en sterk ablasjonseffekt, men dårlig selektivitet, mens kortpulser kan generere høye temperaturer og sjokkbølger for å fjerne forurensninger med mindre skade. Når det gjelder ultra - korte pulsbredder, er "ablasjon" -mekanismen på jobb.
Forekomstvinkel:Når laseren er bestrålet vertikalt, kan forurensningspartikler blokkere laseren. Oblikk bestråling kan forbedre rengjøringseffektiviteten.
Mekanisme for laser renseri og påvirkning av nøkkelparametere på rengjøreffekten: a) mekanisme b) bølgelengde c) pulsbredde d) forekomstvinkel e) Front/bakseknus
Våt laserrengjøring
Det oppnås ved hjelp av en flytende film. En flytende film er forhåndsplassert på overflaten av arbeidsstykket som skal rengjøres. Når laseren bestråler direkte, varmes væsken raskt opp, og genererer en sterk påvirkningskraft, og fjerner dermed forurensninger på overflaten av underlaget.
Mekanisme for våt laserrensing
Laser sjokkbølgerengjøring
Lasersjokkbølgerengjøringsteknologi er delt inn i to kategorier: Dry Laser Shock-Wave Cleaning og Hybrid Laser Shock-Wave Cleaning.
Under tørr lasersjokkbølgerengjøring er laseren fokusert på å generere et plasma som påvirker partikler. Dette kan unngå skader forårsaket av direkte bestråling, men det kan være blinde flekker. Det kan forbedres ved å endre hendelsesvinkelen eller bruke rengjøring av dobbelstråle.
Hybrid laser sjokkbølge rengjøring inkluderer metoder som damp, undervann og våt lasersjokk. Den bruker de relevante effektene av væsker for å fjerne skitt. Det er relatert til egenskaper som væsketetthet, og har et bredt spekter av applikasjoner med åpenbare fordeler.
Mekanisme for rengjøring av lasersjokkbølger: a) Tørr laser sjokkbølge rengjøring b) Forbedret tørr laser støtbølge rengjøring B1) Enkelt bjelke laser B2) Dual-Beam Laser C) Våt laser støtbølgerengjøring.
3. Aerospace: Oxide Film on Titanium Alloy Intake Thal
Det har en bemerkelsesverdig effekt for å rense oksidfilmen på overflaten av titanlegeringsinntakskanalen ved å bruke nanosekund pulslaser. Den lave termiske effektegenskapen kan forhindre underlaget fra sekundær oksidasjon, noe som er en bedre rengjøringsmetode.
Rensingsmekanisme:
Hovedmekanismen er laserablasjon. Når laserenergien virker på oksidfilmen, absorberer overflaten en stor mengde energi. Avhengig av energien endres ablasjonsmekanismen og forskjellige morfologiske strukturer dannes på overflaten.
Når energien er lav, fjernes en del av oksydfilmen, med en liten mengde remeltet område; Når energien er moderat, fjernes oksidfilmen og skaden er ubetydelig; Når energien er for høy, selv om oksydfilmen kan fjernes, vil den føre til stor skade på underlaget, og det dannes en kvitt struktur på overflaten.
Våt rengjøringsmekanisme:
Ved en lavere energitetthet er rengjøringsmekanismen laserindusert sjokkbølge. Ved en høyere energitetthet er det hovedsakelig laserablasjon og faseeksplosjon. Under rengjøringsprosessen avkjøles og oppvarmes titanlegering raskt for å danne martensittisk titanlegering. Når energitettheten øker til en viss verdi, blir overflaten en nano-strukturert fremspring, og denne nano-strukturen er av stor betydning for den påfølgende påføringen av titanlegeringsmaterialer.
Laserrensingseffekten og mekanismen til oksydfilmen på overflaten av luftfartstitanlegeringsinntakskanalen: a) Overflatemorfologi av titanlegering etter rengjøring B) Hovedmekanisme for lasertørkrensing av titanlegeringsoksidfilm C) Hovedmekanisme for laser våtrengjøring av titanlegeringsoksydfilm.
4.
Malingstykkelse og rengjøringsmetode:
For rengjøring av maling på høyhastighets jernbane aluminiumslegeringer billegemer, forskjellige farger og tykkelser på maling krever forskjellige egnede laserrensemetoder.
3000W CW Fiber Laser Cleaning Machine
Tynn maling (tykkelse mindre enn eller lik 40μm): Det er bedre å velge en laser lyskilde med en lavere malingsabsorpsjonshastighet og fjerne den gjennom termisk vibrasjon;
Tykk maling: Det er nødvendig å velge en laser lyskilde med en høyere malingsabsorpsjonshastighet og fjerne den ved hjelp av ablasjonsmekanismen.
Rød maling stripping:
Den viktigste strippemekanismen for rød maling er vibrasjonsmekanismen.
Under rengjøringsprosessen trenger laserenergi inn i underlaget, og den termiske stresset som genereres av temperaturøkningen av underlaget får malingen til å falle av, og hele malingslaget kan fjernes, med den gjenværende malingen på aluminiumsallegenoverflaten som viser en løs nettlignende morfologi.
Fjerning av blå maling:
Under samme laserenergiinngang er temperaturen på blå maling høyere enn for rød maling, men den termiske belastningen til underlaget er lavere enn for rød maling. Når maletemperaturen når kokepunktet, fjernes malingen ved fordamping, og det er også koblede mekanismer som lagsprekker, brenning og plasmasjokk.
Laserrengjøringseffekt og malingsmekanisme på overflaten av høyhastighets jernbane aluminiumslegering bilkropp: a) Overflatemorfologi av aluminiumlegering etter rengjøring B) Hovedmekanisme for laser renseri av blå/rød maling på aluminiumsallegeringsoverflaten.
5. Skip: Rust på overflaten av høy styrke stålskipskrog
Rengjøring av tørr rust fjerning
I prosessen med rengjøring av tørr rust for rengjøring av høy styrke stålskip, er hovedfjerningsmekanismen fordampningen av oksydfilmen på grunn av energiabsorpsjon. Når overflateoksydene fordamper og fordamper, genereres det en nedadgående reaksjonskraft, noe som hjelper til med å fjerne tykkere oksidfilmer.
Flytende filmassistert fjerning av laserrost
Hovedmekanismen for flytende filmassistert fjerning av laserrost er faseeksplosjonen forårsaket av dråper absorberende energi, og genererer en påvirkningskraft for å fjerne rustlaget.
Den eksplosive kokeeffekten av den flytende filmen forbedrer faseeksplosjonsmekanismenes innvirkning på fjerning av rust, noe som muliggjør bedre fjerning av overflateoksydfilmer, men den er ikke effektiv for å fjerne oksider som er gravlagt dypere.
Ulike rustlags fjerningsmekanismer påvirker strømmen av smeltet metall på overflaten. Den laterale skyvekraften som genereres av faseeksplosjon kan fremme strømmen av det smeltede laget, noe som gjør overflaten jevnere, mens oksyddampen produsert av fordampningsmekanismen kan påvirke fyllingen av groper med flytende metall.
Laserrensing av rust på overflaten av høy styrke stålskipskrog: a) Overflatemorfologi av høy styrke stål etter rengjøring B) Hovedmekanismer for laser tørr/våt rengjøring av rust på overflaten av høy styrke stålskipskrog.
6. Hav: Marine mikroorganismer på aluminiumslegeringsoverflater
Laserparametere og rengjøringseffekt:
Lasere med smale pulsbredder og høy toppkraft har en bedre rengjøringseffekt på marine mikroorganismer på aluminiumslegeringsoverflater.
Fjerningsmekanisme for mikroorganisme:
Laserfjerningsmekanismene for de ekstracellulære polymerstoffene (EPS) laget og Barnacle -underlaget er henholdsvis ablasjonsdamping og sjokkbølgestripping. Under multifotonabsorpsjonsprosessen brytes enkeltkjedene til mikrobielle makromolekyler, og nedbryter for å produsere et stort antall atomer. Etter ionisering, under den kombinerte virkningen av plasmagokk og ablasjonsmekanismer, kan marine mikroorganismer fjernes bedre.
For organiske stoffer som maling og marine mikroorganismer, ved lav laserenergitetthet, får fotokjemiske reaksjoner at deres kjemiske bindinger går i stykker, manifesterer seg som forverring, misfarging, tap av aktivitet, etc. Når energitettheten øker, fenomener som abd.
For uorganiske stoffer som oksydfilmer og rust, er det ingen endringer ved lav energitetthet, og ablasjon og fordamping oppstår etter at energien øker.
Laserrengjøringseffekt og mekanisme for marine mikroorganismer på aluminiumlegeringsoverflater.
7. Laserrensing av kulturelle relikvier
Pulsede laserrensere har viktige bruksområder innen kulturell relikvasjonsbeskyttelse, og oppfyller behovene for ikke-destruktiv og høypresisjonsrengjøring av kulturelle relikvier, for eksempel stein, papir og metallgjenstander.
200w bærbar pulserende laserrenser
Typiske anvendelser av pulserende laserrensing i kulturelle relikvier:
Steingjenstander:
A) Ancient Roman Marble Odysseus Sculpture: A1) før rengjøring A2) etter rengjøring
b) Roman marmor sarkofag: b1) før rengjøring b2) etter rengjøring
c) Gresk Akropolis Parthenon Temple Relief -skulpturer
Papirgjenstander:
d) oljemaleri fra 1500-tallet "Kristus før Pilate": D1) før rengjøring D2) etter rengjøring
e) 1800-talls moderne oljemaleri "Jaktscene": E1) før rengjøring E2) etter rengjøring
Metallgjenstander:
f) University of Illinois Bronze Sculpture: F1) før rengjøring F2) etter rengjøring
g) Sølvjaktrifle: G1) før rengjøring G2) etter rengjøring
h) Militær gullflette fra 1800-tallet: H1) før rengjøring H2) Fullt renset H3) over-renset
Andre gjenstander:
i) forgylt treramme fra 1800-tallet: i1) før rengjøring i2) etter rengjøring
J) Afrikansk rottingmatte fra 1800-tallet: J1) før rengjøring J2) etter rengjøring
K) Antikk egyptisk glassfartøy: K1) før rengjøring K2) etter rengjøring
