Пескоструйная и лазерная очистка — два из наиболее распространенных методов очистки поверхностей, применяемых в различных отраслях. В последнее время в сфере клининга (очистки) наблюдается рост интереса к новаторским подходам и технологиям. Лазерная очистка, в частности, стала объектом повышенного внимания из-за своей эффективности и точности.
Для чего необходим лазерный очиститель ?
Для проведения определенных работ с деталями и материалом необходимо очистить металл от коррозии и других загрязнений. Пескоструйная обработка долгое время была наиболее распространенным способом очистки металлов, однако сегодня лазерная очистка металла становится все более популярной. Типичный лазерный аппарат состоит из корпуса с волоконным источником лазерного излучения, платы управления, блока питания и системы водяного / воздушного охлаждения. Важным компонентом устройства является пистолет, который оператор использует для очистки поверхности. Различные конструкции пистолетов применяются в зависимости от поставленных задач. В данной статье мы рассмотрим различные методы лазерной очистки и ее технологию. Очистка поверхности играет ключевую роль во многих промышленных отраслях. Для таких производственных сфер, как сварка, покраска, гальваника, качественная очистка поверхности является критически важной, поскольку она обеспечивает долговечность и надежность изделий. Общий процесс очистки заключается в удалении верхних слоев, содержащих загрязнения или отложения.
Очистка поверхности важна не только для удаления различных загрязнений и старых покрытий, которые могли потерять свои свойства, но также для решения технологических и эксплуатационных проблем, связанных с поверхностным слоем. Это может включать в себя улучшение трибологических свойств поверхности, активацию поверхности, перераспределение остаточных напряжений на поверхности и изменение механических, коррозионных, физико-химических свойств поверхности.
Какой тип лазерного очистителя выбрать — импульсный, или прямого (непрерывного) действия ?
На сегодняшний день на рынке доступны два типа лазерных очистителей: импульсные и непрерывные. Оба способны эффективно удалять загрязнения с поверхности материала. Единственное отличие состоит в том, что импульсный лазерный очиститель использует импульсное лазерное излучение, в отличие от очистки прямого действия, где используется непрерывный лазерный передатчик. Импульсный очиститель способен обеспечить безопасное удаление загрязнений без повреждения и нагрева поверхности материала, что делает его идеальным для очистки материалов с высокими требованиями к сохранности. С другой стороны, непрерывный лазерный очиститель обладает большей мощностью и подходит для работы с крупными участками, такими как удаление ржавчины с металлических конструкций или краски. При этом он оказывает более ощутимое воздействие на материал и прогревает его одномоменто вплоть до 1000 градусов.
Помимо этого, чем короче время воздействия, тем меньше область нагретого материала и, следовательно, меньше образуется расплава и пара (то есть, меньше повреждений основного материала) при большем давлении. Например, при воздействия импульса длительностью 10 нс и мощностью в 10 мДж, сфокусированного в пятно диаметром 0,2 мм, плотность мощности в зоне обработки достигает 3 ГВт/см2. При данной плотности мощности глубина прогретого слоя в стали хпр составляет 10–4 –10–5 см, при этом испарение происходит практически без образования расплава на поверхности вещества (абляция), и модификация исходной поверхности минимальна. Для этого применяют импульсное лазерное излучение с короткой длительностью импульса (несколько десятков наносекунд) и высокой пиковой мощностью, обеспечивающей плотность мощности в зоне обработки 107…1010 Вт/см2 при диаметре сфокусированного пятна пучка лазера ≈ 0,5 мм, с энергией в импульсе несколько мДж и частотой следования импульсов более 20 кГц.
Простыми словами:
Импульсный лазер — универсальный выбор с разными настройками, подходит для всех видов очистки. Может использоваться для грубой и бережной очистки поверхностей, реставрации, чистки форм и других работ. Лазер не нагревает и не повреждает основной материал.
Непрерывный лазер — подходит для грубой очистки ржавчины, слоев краски, нефтяных отложений. Может немного повредить поверхность из-за нагрева, если передержать луч в зоне очистки. Обычно используется для восстановления промышленного оборудования, очистки металлоконструкций и толстого листового металла, свай, труб, в судостроении и зачистке сварных швов. Этот метод более доступен по цене. Часто применяется в промышленности для удаления ржавчины с высокой производительностью.
Выделим основные различая импульсных лазерных очистителей и прямого(непрерывного) действия:
- Цена
- Эффективность
- Воздействие на очищаемую поверхность
Импульсные лазеры представляют собой более деликатный метод очистки поверхностей, который обеспечивает более бережное воздействие на материал. Они работают с короткими импульсами высокой энергии, что позволяет минимизировать повреждения основного материала. Однако такие лазеры обычно имеют более высокую стоимость и могут работать медленнее по сравнению с непрерывными лазерами. С другой стороны, лазеры прямого действия могут эффективно удалять более серьезные загрязнения, такие как слои ржавчины или небольшие слои материала. Однако при этом существует риск нанесения незначительного ущерба поверхности материала из-за более интенсивного воздействия лазера. Такие лазеры обычно используются для задач, где требуется более сильное воздействие на поверхность и где допустим небольшой ущерб материалу в процессе очистки.
Посмотрите видео на Дзене, как устроена наша лазерная очистка прямого действия и как она очищает металл.
С какими типами загрязнений справляется лазерная очистка металла ?
Примеры лазерной очистки
- Очистка масленной пленки
Очистка стальной полосы от масляной пленки (слева–очищенная часть). Использован волоконный лазер со следующими параметрами : мощность 50Вт, частота импульсов 100 кГц, диаметр луча в зоне обработки 0,1 мм. Производительность 100 м2/ч.
- Очистка труб
Атомная энергетика, нефтегазовый комплекс, жилищно-коммунальное хозяйство применяют трубы для доставки энергоносителей к потребителю. Долговечность и экологическая безопасность требуют защиты внешних и внутренних поверхностей труб от коррозии. Лазер хорошо справляется с очисткой труб.
- Очистка крупных сооружений и сварных конструкций
В строительстве широко используются крупногабаритные сварные конструкции, такие как фермы мостов, изготавливаемые из листового проката толщиной 5–20 мм. При сборке ферм мостов на месте необходимо очищать от ржавчины стыки блоков пролетных строений для создания фрикционных соединений. В настоящее время для этой цели часто применяется метод пескоструйной очистки. Однако этот процесс характеризуется высокой экологической вредностью, требует значительного энергопотребления, а также дополнительных мер по защите окружающей среды и очистке близлежащих металлических конструкций и территорий.
- Лазерная очистка поверхности лопаток турбин
Для очистки поверхности лопаток используются специальные жидкие химические реагенты. После процедуры очистки необходимо провести сборку и балансировку ротора турбины. Лазерная очистка поверхности лопатки эффективно справляется с этой задачей, обеспечивая высокую производительность. Более того, она иногда придает дополнительные свойства очищенному сплаву за счет специфической модификации поверхностного слоя. Применение мобильных лазерных установок для очистки лопаток турбин позволяет проводить процедуру без необходимости демонтажа лопаток. Это значительно сокращает время, необходимое для проведения обслуживания, что в свою очередь позволяет экономить средства за счет уменьшения времени простоя дорогостоящего оборудования.
- Лазерная очистка поверхности резьбы
После нарезки резьбы на поверхности остаются остатки СОЖ, органические и неорганические загрязнения, которые могут снизить адгезию нанокомпозитного полимерного покрытия. Лазерная очистка поверхности резьбы труб от этих загрязнений создает энергетически активированную поверхность, способствующую лучшей адгезии нанокомпозитного полимерного покрытия к поверхности резьбы.
- Очистка фасадов, памятников и объектов культурного наследия
Основная цель перед реставраторами заключается в сохранении культурного наследия для будущих поколений. Современные лазерные технологии конкурируют с традиционными методами в промышленности благодаря высокой эффективности, отсутствию износа от абразивных материалов, экономии энергии и уважению к окружающей среде. В странах Европы широко используются лазерные технологии для очистки фасадов и внутренних интерьеров исторических зданий. Материалы, такие как мрамор, гранит, гипс, чугун и другие строительные материалы, могут быть очищены с высоким качеством без изменения структуры материала.
Основные причины выбрать аппарат лазерной очистки
- Скорость. Благодаря высокой фокусировке луча результат достигается за несколько проходов лазером.
- Эффективность. Минимум усилий и времени для получения идеального изделия без следов коррозии, готового к дальнейшему использованию.
- Точность. Возможность выборочной работы с определенной областью путем настройки мощности импульса, обеспечивая эффективность на пазах и рифленых поверхностях.
- Качество. Лазер полностью удаляет загрязнения, оставляя ровную металлическую поверхность без повреждений.
- Безопасность. Метод не травматичен, экологичен и предотвращает риск повреждения металла, обеспечивая безопасность оператора.
- Мобильность и компактность. Многие лазерные очистители представлены в виде рюкзаков для удобства переноски и обработки изделий в разных частях помещения или на месте выездной работы.