Лазеры все шире применяются в самых разных отраслях промышленности и сферах жизни. Благодаря быстрому прогрессу в области производства источников и оборудования надежность, ресурс и стоимость промышленных лазерных установок уже сопоставимы с техникой предыдущих поколений. Это позволяет использовать уникальные возможности и преимущества лазерных технологий в производстве массовой продукции, в том числе - строительных металлоконструкций.
Наряду с лазерной резкой и сваркой, которые уже достаточно широко вошли в практику и используются некоторыми ЗМК, наша отрасль осваивает еще одно применение такого оборудования: подготовка поверхности к окраске. Первые шаги во внедрении этого метода делаются и на заводе «Андромета».
Принцип лазерной очистки
Можно провести аналогию между струйной и лазерной очисткой, где кванты света, фотоны, выполняют функцию рабочих частиц – дроби или песка. Только в отличие от абразивов фотоны воздействуют на поверхность не механически, а термически. Энергия света, которую они несут, поглощается загрязняющими частицами, что приводит к их разогреву и переходу в состояние плазмы - ионизированного газа. Ударные волны, возникающие за счет быстрого расширения плазмы, разрушают оставшиеся загрязнения и удаляют их с поверхности металла: грязь испаряется, а сама основа практически не затрагивается.
Оборудование лазерной очистки
На заводе «Андромета» используется оптоволоконный аппарат ручной лазерной очистки FoxWeld LASER 1500-1-МТ с мощностью источника 1500 Вт и шириной полосы обработки 30 см. Аппарат состоит из непрерывного источника излучения длиной волны 1080 нм, оптоволоконного кабеля длиной 10 м и лазерного пистолета, через который луч попадает на очищаемую поверхность. Лазерный пистолет состоит из головки (сканатора) и системы подачи и фокусировки защитного газа, который необходим для предотвращения окисления металла под воздействием температуры. Сканатор, в свою очередь, состоит из объектива, системы линз (отражающей, коллиматорной и защитной) и QBH коннектора, который установлен на выходе и служит для расширения луча.
Во избежание перегрева сканатора аппарат оснащен системой водяного охлаждения (чиллером), а для контроля рабочей температуры на корпусе установки предусмотрен цветовой индикатор. Аппарат управляется контроллером, для взаимодействия с которым имеется цветной дисплей с интуитивно понятным интерфейсом, позволяющий настраивать параметры процесса и сохранять их для последующего использования. Система позволяет хранить до 9 разных режимов обработки.
Что мы чистим лазером
Основная причина, по которой на заводе «Андромета» было принято решение о внедрении лазерной технологии – оптимизация работы участка подготовки металлоконструкций к окрашиванию. Как и на многих заводах, очистка является наиболее узким местом технологической цепочки, несмотря на наличие двух высокопроизводительных дробеструйных машин, которые обрабатывают подавляющую часть продукции. Но в условиях высокой загрузки этого мощного оборудования использовать его для очистки мелких и легких деталей стало менее рационально, чем организовать для их обработки дополнительной рабочий центр в виде лазерной установки. Его небольшая по сравнению с дробеметом производительность (порядка 30 кв.м в час против ~ 8 кв.м в минуту) - тем не менее, вполне достаточна чтобы освободить мощный агрегат от «мелочевки» и эффективнее использовать его возможности.
Парадокс, но еще одна задача, для которой периодически задействовался лазер – прямо противоположная: обработка крупногабаритных сборок, которые не помещаются в камеру дробеструйной машины.
Однако с появлением в нашем арсенале пескоструйной установки проблема ограничений по габаритам промышленных металлоконструкций была решена.
Еще одна группа изделий, для которых необходим лазер – конструкции из тонколистовой стали (толщиной 3 мм и меньше). Лазерная обработка – самый бережный способ очистки, подходящий для тонких металлических деталей, которые при механической обработке могут быть деформированы.
Лазер VS абразив: преимущества и недостатки
Одно из главных преимуществ лазерной технологии – высокое качество очистки при отсутствии воздействия на металлическую основу. Мощность современных лазеров позволяет удалять не только ржавчину и органику (в том числе краски), но и прокатную окалину, обеспечивая класс чистоты поверхности Sa 2.5, требуемый для нанесения лакокрасочных покрытий. Но у деликатности лазерной очистки есть и отрицательная обратная сторона: обработанная поверхность металла сохраняет своей естественный уровень шероховатости, Rz ~ 10-15 мкм, который по регламентам нанесения ряда лакокрасочных покрытий недостаточен для обеспечения адгезии. Впрочем, испытания, которые проводили на нашем заводе для часто используемых ЛКМ, опровергают этот миф: адгезия покрытий к поверхности, очищенной лазером, оказалась не ниже, чем после дробеструйной и пескоструйной обработки.
Еще одно преимущество лазерной очиски перед абразивной – отсутствие необходимости обезжиривания конструкций перед окрашиванием. В отличие от дроби или песка, лазерный луч испаряет, в том числе, и масляные пленки, благодаря чему операция обезжиривания исключается из процесса подготовки изделий к покраске.
Третий плюс лазерных установок – их компактность, энергоэффективность и мобильность. Например, аппарат, используемый на заводе «Андромета», имеет габариты 560х1020х980 мм, потребляет максимум 7 кВт мощности и весит всего 230 кг. Это позволяет организовать рабочее место в любом необходимом месте, а если нужно – быстро его передислоцировать.
Наконец, расходы на эксплуатацию лазерного оборудования существенно ниже, чем дробеметов. Кроме низкого энергопотребления, лазер позволяет сэкономить и на расходных материалах, которые ему просто не требуются, если не считать воды и защитного газа. А расходы на сменные комплектующие – защитные стекла – в разы ниже, чем на стальную дробь. Рабочий ресурс современных лазеров составляет порядка 100 000 часов, то есть 34 года ежедневной односменной работы.
К недостаткам лазерной очистки следует отнести сравнительно небольшую производительность, достаточно высокую (пока еще) стоимость, а также отсутствие нормативной базы для применения лазерного метода подготовки поверхности к окрашиванию. Впрочем, все эти проблемы связаны исключительно с новизной технологии и их решение – вопрос ближайшего времени. Производство лазеров продолжает активно развиваться, наращивая мощность источников и снижая себестоимость изготовления оборудования, а значит оно будет становиться все более эффективным и доступным. Вопрос включения лазерной очистки в нормативы также поставлен на повестку: в ближайшее время планируется провести серию НИОКР, на основе которых будет разработан новый стандарт по лазерной подготовке поверхности к нанесению лакокрасочных покрытий.
Еще одна особенность лазерных установок, которую следует учитывать заводам металлоконструкций, задумывающимся об их применении – это их чувствительность к условиям эксплуатации и качеству обслуживания. Эти высокотехнологичные аппараты нуждаются в бережном обращении и грамотном сервисе. Но для завода «Андромета» с его традиционно высокой производственной культурой это не проблема. Квалифицированный рабочий и инженерный персонал, привыкший работать с новейшими интеллектуальными технологическими линиями и станками, успешно справляется и с деликатным оборудованием лазерной очистки.
"Андромета" – это надежно!