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激光清洗原理及应用(4)

时间:2021-05-27 19:58来源:毕业论文
相比之下,激光清洗有着显著的优势。激光清洗是一种绿色清洗方法,不需使用任何化学溶剂和清洗液,清洗下来的废渣基本上都是固体粉末,体积小,易于存

   相比之下,激光清洗有着显著的优势。激光清洗是一种绿色清洗方法,不需使用任何化学溶剂和清洗液,清洗下来的废渣基本上都是固体粉末,体积小,易于存放,不会造成环境污染。激光清洗的无研磨和非接触性可以避免损伤基体表面,也不会产生二次污染。激光可通过光纤传输,与机器手配合可实现远距离操作,能有效清洗不易达到的部位, 可以对危险地方进行清洗。激光清洗的对象非常广泛,能够清除多种物质表面的附着物,达到传统清洗无法达到的清洁度。而且不损伤基体表面。清洗效率高,节省时间。可以很容易地实现自动化操作,清洗系统可以长期稳定使用,运行成本低。

2.4 影响激光清洗效果的因素

     激光清洗去除一定表面积内的微粒子数与清洗前的微子数的比值,为清洗表面的洁净度。它是衡量激光清洗效果的主要指标。激光束的波长、能量密度、脉冲次数、偏振状态、入射方向、使用的气流以及被清洗物体的材料和附着物的性质、大小等,都对清洗效果有影响。[14]

1.波长。同一清洗对象对不同波长激光的吸收率不同,穿透深度不同,作用时发生的物化过程也不同,从而有不同的清洗效果。要根据具体的清洗对象选择合适波长的激光器。

2.能量(功率)密度。单位面积清洗力峰值随能量密度线性增加。洁净度也随能量密度大致呈线性增加。当能量密度过低,单位面积清洗力太小时,不能产生清洗效果。对一定波长的激光束,只有当能量密度达到阈值时,才能产生清洗效果。

3.脉冲宽度。当激光单脉冲的能量一定时,脉冲宽度能影响物体表面沿激光照射方向上的温度分布。当激光脉冲的能量密度较低,不能有效实现有效清洗时,采用较短的脉宽,可以使激光能量更集中于物体表面,达到激光清洗的阈值要求。当激光脉冲的能量密度较高时,采用较宽的脉宽,使激光能量的分布更分散,增加激光作用的深度范围,加快脱漆速度。

4.脉冲次数。在高于能量密度阈值的脉冲激光束照射下,物体表面的洁净度随脉冲次数增加而提高。为避免损伤被清洗物体表面,可采用较低的能量密度,通过增加脉冲次数来获得高的洁净度。而在不损伤基体表面的条件下,选用较高的能量密度,减少脉冲次数,可以提高清洗效率。

5.光束偏振状态。对于沉积的金属薄膜和具有压电或电磁性的材料,采用偏振光清洗效果更好。

6.基体材料和附着物。不同的基体和附着物,清洗工艺参数有着明显差异。[15]

以上对影响激光清洗效果的因素的讨论较为简略,在本文的第二部分中,将以激光脱漆为例,对其进行详细、系统的讨论分析。

3  对激光清洗(脱漆)的具体应用研究

   工业上,广泛采用涂漆技术进行材料防锈防蚀,油漆层出现剥离或脱落时需重新涂漆,要对原有油漆层进行清除。飞机、轮船等每隔几年就要脱漆一次。传统的方法主要采用机械和化学法,机械法劳动强度大,噪声大,容易损伤基体,清洗效果差;化学法污染环境,不能局部清洗。相比之下,激光脱漆技术有着明显优势:经济、高效、快速、便于自动控制;脱漆过程中产生的废弃物为固体粉末,容易收集,不会污染环境。来~自^751论+文.网www.751com.cn/

    以下以激光脱漆为研究对象,通过对激光脱漆进行详细研究的过程,指出对激光清洗进行研究一般的方法、角度、理论依据。

3.1  适合做激光脱漆的激光器

使用激光清洗时,针对不同的表面附着物,要选择不同波长的激光。因为,不同波长的激光,其透射能力不同,不同物质对同一波长的激光的吸收能力也不同。根据不同的材料,选用不同波长的激光,可以提高激光清洗的效率。对同一物质进行清洗时,若使用短波长激光,则清洗阈值低,但吸收深度浅,若使用长波长激光,则清洗阙值高,但吸收深度长。清洗领域常用的激光器有Nd:YAG激光器(1064nm)、CO2激光器(10.6 m)、KrF准分子激光器(248nm)等。国外关于激光清洗的研究应用表明[16],当清洗的精度要求较高时,如半导体电路元件以及光学镜片表面颗粒污染物的清洗,宜选用KrF准分子激光器;而在对清洗精度要求较低,对清洗效率和成本要求较高时,比如脱漆领域,最适合的激光器是脉冲式的Nd:YAG激光器和CO2激光器。因为金属对长波长的激光吸收弱,对短波长激光吸收强,所以采用1064nm的Nd:YAG激光或10.6 m的CO2激光器有利于保护金属基底。而且,使用Nd:YAG激光器和CO2激光器可以提高激光的穿透深度,使同一时刻受到清洗作用的漆层厚度更大,加快脱漆的速度。之所以选用脉冲激光器,是因为连续波激光器的功率密度低,能量在时间上不集中,造成清洗效率低,大量的光能都散失被基体吸收了,这样还不利于清洗处表面的散热,会引起基体表面温度的明显升高,很容易损伤机体,故不采用连续波激光器。由此可知,最适合激光脱漆的,应该是具有长波长、高功率、高重复率的脉冲激光。TEACO2激光器和声光调Q的Nd:YAG激光器具备以上特点,在目前的金属工件脱漆领域中得到了广泛应用。 激光清洗原理及应用(4):http://www.751com.cn/wuli/lunwen_75660.html

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