激光清洗技術(shù)原理以及在高端制造業(yè)的應(yīng)用解析

陳思博

摘 要： 激光清洗是近年來(lái)快速發(fā)展的一種新型表面處理技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)表面清洗方式，激光清洗技術(shù)具有高清潔度、高效率、低成本、清洗不損傷零部件、環(huán)保、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已逐步應(yīng)用于高端制造業(yè)、精密產(chǎn)品的維修和保養(yǎng)等方面。

關(guān)鍵詞： 激光清洗；原理；應(yīng)用

1 引言

在高端制造業(yè)，工業(yè)制品在電鍍、磷化、噴涂、焊接以及裝配時(shí)，為保證工件的質(zhì)量，必須除去產(chǎn)品表面的污垢、油脂、灰塵、鐵銹等污染物，目前最常用的表面清洗方式是機(jī)械清洗法和化學(xué)清洗法，隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)法規(guī)要求越來(lái)越嚴(yán)格以及產(chǎn)品不斷向精密化、高端化發(fā)展，傳統(tǒng)的清洗方法已經(jīng)無(wú)法滿足產(chǎn)品表面高清潔度、高效率、低成本、高環(huán)保的清洗要求。

為滿足高端制造業(yè)越來(lái)越高的表面清洗需求，激光清洗技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，激光清洗技術(shù)因具有無(wú)作用力、無(wú)化學(xué)反應(yīng)、無(wú)熱效應(yīng)和適用于各種材質(zhì)等清洗特點(diǎn)，被認(rèn)為是最可靠、最有效的表面處理技術(shù)。

2 激光清洗技術(shù)的原理

激光清洗技術(shù)主要利用了激光的以下特性：

1）激光通過(guò)透鏡可以實(shí)現(xiàn)能量的高度集中，聚焦的激光束在焦點(diǎn)附件可產(chǎn)生幾千度甚至幾萬(wàn)度的高溫，使污垢瞬間蒸發(fā)、氣化或分解。

2）激光束的發(fā)射角小，方向性好，通過(guò)聚光系統(tǒng)可以使激光束聚集成不同直徑的光斑。在激光束能量相同的條件下，控制不同直徑的激光束光斑可以調(diào)整激光的能量密度，當(dāng)污垢受熱膨脹的膨脹力大于污垢對(duì)基體的吸附力時(shí)，污垢便會(huì)脫離物體的表面。

3）激光光束可以通過(guò)在固體表面產(chǎn)生超聲波，產(chǎn)生力學(xué)共振，使污垢破碎脫落。

激光清洗技術(shù)正是利用了上述激光的特性從而達(dá)到清洗的目的，根據(jù)被清洗基體與被清除污垢的光學(xué)特性，可以將激光清洗機(jī)理分為兩大類：

一類是被清洗的母材與表面附著物對(duì)某一波長(zhǎng)激光能量的吸收系數(shù)具有很大差別情況的清洗方法。這種情況激光應(yīng)選取表面附著物吸收系數(shù)最大的波長(zhǎng)，當(dāng)該波長(zhǎng)的激光輻射到母材表面時(shí)，大部分激光能量被表面附著物所吸收，附著物受熱瞬間膨脹，附著力急劇下降自動(dòng)脫落或氣化蒸發(fā)，從而達(dá)到清洗目的。

另一類是被清洗母材與表面附著物的激光能量吸收系數(shù)差別不大，或表面附著物受熱會(huì)形成酸性蒸汽、或表面附著物受熱后會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)等情況的清洗方法。該類方法通常是利用高功率高重復(fù)率的脈沖激光沖擊被清洗的母材表面，使部分光束轉(zhuǎn)化成聲波，聲波擊中下層硬表面后，返回的部分與激光產(chǎn)生的入射聲波發(fā)生干涉，產(chǎn)生高能波，使表面附著物發(fā)生小范圍的爆炸，附著物被壓成粉末，再被真空泵清除，而底下的母材卻不會(huì)損傷。

3 激光清洗技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的機(jī)械清洗法、化學(xué)清洗法相比較，激光清洗技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）效果優(yōu)勢(shì)：傳統(tǒng)的清洗方法是接觸式清洗，存在易損傷物體表面、清洗不徹底或清洗的介質(zhì)產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)。激光清洗可以在不損傷物體表面的情況下高清潔度進(jìn)行清洗，無(wú)污物殘留。

2）環(huán)保優(yōu)勢(shì)：激光清洗是利用脈沖激光輻射去污，不使用任何溶劑，不產(chǎn)生附加物質(zhì)，無(wú)光化學(xué)反應(yīng)，而且避免了機(jī)械清洗產(chǎn)生的噪聲，可以輕易的解決化學(xué)清洗帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。

3）控制優(yōu)勢(shì)：激光可以通過(guò)光纖傳輸，方便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，能清洗傳統(tǒng)方法不易達(dá)到或危險(xiǎn)的地方。

4）便捷優(yōu)勢(shì)：激光清洗技術(shù)通過(guò)選取不同的激光功率和脈沖頻率能夠清除各種材料表面的各種類型的污染物，達(dá)到較高的清潔度，而且還可以有選擇性地清洗母材表面的污染物。

5）成本優(yōu)勢(shì)：激光清洗速度快、效率高、運(yùn)行成本低，對(duì)于流水作業(yè)生產(chǎn)可以節(jié)省大量時(shí)間，而且激光清洗設(shè)備易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。

4 激光清洗在高端制造業(yè)中的應(yīng)用

4.1 高端制造業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的表面清洗

高端產(chǎn)品在電鍍、磷化、噴涂、焊接、裝配生產(chǎn)時(shí)，必須除去產(chǎn)品表面的油脂、灰塵、銹垢等污染物，用傳統(tǒng)的化學(xué)清洗工藝和機(jī)械清洗工藝進(jìn)行清洗，操作不便，所需時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，而且機(jī)械清洗易損傷產(chǎn)品表面，化學(xué)清洗具有時(shí)效性（化學(xué)清洗后要求24h內(nèi)進(jìn)行下道工作，否則應(yīng)重新清洗）。采用激光清洗技術(shù)，可以實(shí)時(shí)、高效、快捷、選擇性地清除產(chǎn)品表面的各類污染物，而且激光清洗的清潔度高于傳統(tǒng)清洗工藝。同時(shí)激光清洗技術(shù)也可用于清除各類原材料、零部件、工裝夾具由于長(zhǎng)時(shí)間存放或使用后出現(xiàn)的銹蝕、腐蝕缺陷。

4.2 高端制造產(chǎn)品的維護(hù)保養(yǎng)

高端制造產(chǎn)品經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用或存放后需進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，工作量最大的就是表面重新噴漆保養(yǎng)，噴漆之前需要將原來(lái)的舊漆完全去除，現(xiàn)階段采用的方式為溶劑清洗和機(jī)械清洗，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、清洗不干凈，溶劑、汽油、酒精危害職工身體健康，易對(duì)產(chǎn)品表面造成損傷等缺陷，若采用激光清洗技術(shù)，可以高效的有選擇性的對(duì)產(chǎn)品表面舊漆進(jìn)行清理。同時(shí)激光清洗技術(shù)在產(chǎn)品后期維修過(guò)程中可以選擇性的對(duì)需返修部位表面進(jìn)行清理。

5 總結(jié)與展望

激光清洗技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的清洗技術(shù)而言不論是在在經(jīng)濟(jì)效益、清洗效果還是“綠色工程”方面有很大的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。隨著產(chǎn)品不斷向高、精、尖方面發(fā)展，激光清洗技術(shù)將不斷普及和應(yīng)用。

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