激光清洗傳統清洗工業有各種各樣的清洗方式,多是利用化學藥劑和機械方法進行清洗。在我國環境保護法規要求越來越嚴格、人們環保和安全意識日益增強的今天,工業生產清洗中可以使用的化學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、無熱效應和適用于各種材質的物體等清洗特點,被認為是最可靠、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生的光脈沖的特性,基于由高強度的光束、短脈沖激光及污染層之間的相互作用所導致的光物理反應。其物理原理可概括如下:
a)激光器發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(高度電離的不穩定氣體),產生沖擊波。
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)實驗表明當金屬表面上有氧化物時,等離子體產生于金屬表面。
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。這個閾值效應對在保證基底材料安全的情況下進行有效清潔非常重要。等離子體的出現還存在第二個閾值。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行有效的清潔,必須根據情況調整激光參數,使光脈沖的能量密度嚴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,則需要多個脈沖進行清洗。將表面清洗干凈所需要的脈沖數量取決于表面污染程度。由兩個閾值產生的一個重要結果是清洗的自控性。能量密度高于閾值的光脈沖將一直剔除污染物,直到達到基底材料為止。然而,因為其能量密度低于基底材料的破壞閾值,所以基底不會受到破壞。
激光清洗實際應用
激光清洗不但可以用來清洗有機的污染物,也可以用來清洗無機物,包括金屬的銹蝕、金屬微粒、灰塵等。下面介紹一些實際應用情況,這些技術已非常成熟,已被廣泛應用。
1模具的清洗:
每年全世界的輪胎生產企業制造數億個輪胎,生產過程中輪胎模具的清洗必須迅速可靠,以節省停機的時間。傳統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數小時冷卻后,再移往清洗設備進行清潔,清潔所需的時間長,并容易損害模具的精度,化學溶劑及噪聲還會產生安全和環保等問題。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至模具的死角或不易清除的部位進行清洗,因此使用方便;由于橡膠并無氣化,因此不會產生有毒害的氣體,影響工作環境的安全。激光清洗輪胎模具的技術已經大量在歐美的輪胎工業中被采用,雖然初期投資成本較高,但可在節省待機時間、避免模具損壞、工作安全及節省原材料上所獲得的收益迅速得到回收。根據Quantel公司的LASERLASTE激光清洗系在上海雙錢載重輪胎公司生產線上進行的清洗試驗表明,僅需2個小時就可以在線清洗一套大型載重輪胎的模具。和常規清洗方法相比,經濟效益是顯而易見的。