激光清洗技術概論及其在輪胎業上的應用

來源:深圳菠蘿三維網絡    關鍵詞:激光清洗, 輪胎業,    發布時間:2018-12-19

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在工業生產、文物保護以及牙科疾病的治療中,常常需要用到清洗技術。例如:工業制品在電鍍、磷化、噴涂、焊接、包裝以及集成線路的裝配時,為保證下道工序中工件的質量,必須除去產品表面上的油脂、灰塵、銹垢或殘留的溶劑、粘結劑等污物。由于環境污染和保護不善等原因,很多的文物和藝術品正逐漸被銹蝕和污損,為恢復舊貌,需對文物表面的污垢及銹跡進行清洗。

 

傳統的清洗方法包括機械清洗法、化學清洗法和超聲波清洗法,機械清洗法即采用刮、擦、刷、噴砂等機械手段去除表面污物;濕法化學清洗法是利用有機清洗劑,通過噴、淋、浸泡或高頻振動等措施去除表面附著物業超聲波清洗法是將被處理零件放入清洗劑中,利用超聲波產生的振動效應除去污垢。目前這三種清洗方法在我國清洗市場中仍占主導地位,但在環境保護和高精度要求下其應用受到很大的限制。機械清洗法無法滿足高清潔度清洗要求,容易損傷被清洗工件的表面積而化學清洗方法容易導致環境污染,獲得的清潔度也很有限,特別是當污垢成分復雜時,必須選用多種清洗劑反復清洗才可能滿足表面消潔度的要求。超聲波清洗法盡管清洗效果不錯,但對亞微米級污粒的清洗無能為力,清洗槽的尺寸限制了加工零件的范圍和復雜程度,而且清洗后對工件的干燥亦是一大難題。

 

近年來,隨著人們環保意識的增強,給世界范圍內清洗業的發展帶來了巨大的挑戰,各種有利于環境保護的清洗技術應運而生,激光清洗技術就是其中之一。所謂激光清洗技術是指利用高能激光束照射工件表面,使表面的污物、銹斑或涂層發生瞬間蒸發或剝離,高速有效地清除清潔對象表面附著物或表面涂層,從而達到潔凈的工藝過程。它是基于激光與物質相互作用效應的一項新技術,與傳統的機械清洗法、化學腐蝕清洗、液體固體強力沖擊清洗、高頻超聲清洗等傳統清洗方法相比,有明顯的優點。它高效、快捷、成本低,對基片產生的熱負荷和機械負荷小,清洗為非損傷;廢物可回收,無環境污染物安全可靠,不損害操作人員健康證可以清除各種不同厚度、不同成份的涂層次清潔過程易于實現自動化控制,實現遠距離遙控清洗等。

 

激光清洗的原理和方法,激光的特點是具有高方向性,單色性,高相干性和高亮度。通過透鏡的聚焦和Q開關,可以把能量集中到一個很小的空間范圍和時間范圍內。在激光清洗處理中,主要利用了激光的以下特性:

 

1、 激光可以實現能量在時間和空間上的高度集中,聚焦的激光束在焦點附近可產生幾千度甚至幾萬度的高溫,使污垢瞬間蒸發、氣化或分解。

 

2、激光束的發散角小,方向性好,通過聚光系統可以使激光束聚焦成不同直徑的的光斑。在激光能量相同的條件下,控制不同直徑的激光束光斑可以調整激光的能量密度,使污垢受熱膨脹。當污垢的膨脹力大于污垢對基體的吸附力時,污垢便會脫離物體的表面。

 

3、激光光束可以通過在固體表面產生超聲波,產生力學共振,使污垢破碎脫落。激光清洗技術正是利用了上述激光的特性從而達到清洗的目的。根據被清洗基體物質與被清除污垢的光學特性,可以將激光清洗機理分為兩大類:一類是利用清洗基片(也稱為母體)與表面附著物(污物)對某一波長激光能量的吸收系數具有很大的差別。輻射到表面的激光能量大部分被表面附著物所吸收,從而受熱或氣化蒸發,或瞬間膨脹,并被形成的氣流帶動,脫離物體表面,達到清洗目的。而基片由于對該波長的激光吸收能量極小,不會受到損傷。對此類激光清洗,選擇合適的波長和控制好激光能量大小,是實現安全高效清洗的關鍵。另一類適用于清潔基片與表面附著物的激光能量吸收系數差別不大,或基片對涂層受熱形成的酸性蒸氣較為敏感,或涂層受熱后會產生有毒物質等情況的清洗方法。該類方法通常是利用高功率高重復率的脈沖激光沖擊被清洗的表面,使部分光束轉換成聲波。聲波擊中下層硬表面后,返回的部分與激光產生的入射聲波發生干涉,產生高能波,使涂層發生小范圍的爆炸,涂層被壓成粉末,再被真空泵清除,而底下的基片卻不會損傷。

 

從方法上分析,激光清洗方法有4種:1、激光干洗法,即采用脈沖激光直接輻射去污;2、激光+液膜方法,即首先沉積一層液膜于基體表面,然后用激光輻射去污;當激光照射于液膜上時,液膜急劇受熱,產生爆炸性汽化,爆炸性沖擊波使基體表面的污物松散。并隨沖擊波飛離加工物體表面,達到去污的目的。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面,當污物從表面剝離后會立即被氣體吹離表面,以避免表面再次污染和氧化;4、運用激光使污垢松散后,再用非腐蝕性化學方法清洗。目前,常用的是前3種方法。

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