激光清洗傳統(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。在我國環(huán)境保護(hù)法規(guī)要求越來越嚴(yán)格、人們環(huán)保和安全意識日益增強(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題。而激光清洗具有無研磨、非接觸、無熱效應(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,激光清洗可以解決采用傳統(tǒng)清洗方式無法解決的問題。
激光清洗原理
脈沖式的Nd:YAG激光清洗的過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壞的熱積累。
e)實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)金屬表面上有氧化物時,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,這個閾值取決于被去除的污染層或氧化層。這個閾值效應(yīng)對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(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)格處于兩個閾值之間。
每個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。由兩個閾值產(chǎn)生的一個重要結(jié)果是清洗的自控性。能量密度高于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钠茐拈撝,所以基底不會受到破壞?/p>
激光清洗實(shí)際應(yīng)用
激光清洗不但可以用來清洗有機(jī)的污染物,也可以用來清洗無機(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。
1模具的清洗:
每年全世界的輪胎生產(chǎn)企業(yè)制造數(shù)億個輪胎,生產(chǎn)過程中輪胎模具的清洗必須迅速可靠,以節(jié)省停機(jī)的時間。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)小時冷卻后,再移往清洗設(shè)備進(jìn)行清潔,清潔所需的時間長,并容易損害模具的精度,化學(xué)溶劑及噪聲還會產(chǎn)生安全和環(huán)保等問題。利用激光清洗方式,由于激光可利用光纖來傳輸,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;由于橡膠并無氣化,因此不會產(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LASERLASTE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個小時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)效益是顯而易見的。