Od výrobních závodů a zdravotnických laboratoří až po automobilový, letecký a ocelářský průmysl se laser stává nejoblíbenější metodou povrchového čištění materiálů.
Ačkoliv je použití laserů při řezání, vrtání a svařování dobře známo, jeho současné přizpůsobení v průmyslových čisticích aplikacích je poměrně nové a neprozkoumané.
Tato současná aplikace laserů vznikla v důsledku potřeby neškodného, neabrazivního způsobu čištění, který by mohl být použit jako náhrada v aplikacích, kde byly dříve používány metody chemického, manuálního a abrazivního otryskávání.
Výhody použití laserů při čištění
Mezi hlavní problémy, které představují běžné metody čištění, patří negativní vliv na životní prostředí a opotřebení substrátu. Abrazivní tryskací systémy vytvořily značné množství odpadu a poškozených jemných povrchů, zatímco použití chemických rozpouštědel vedlo k potenciálně nebezpečným výparům a kapalným odpadům.
To vedlo k přizpůsobení laserové technologie v aplikacích povrchového čištění. Díky mnoha výhodám je nyní laserové čištění nejúčinnějším způsobem odstraňování nežádoucích látek z povrchu materiálů.
V současné době existuje široká škála pulzních systémů pro čištění a odstraňování povlaků laserem používaných v různých aplikacích, od odstranění vulkanizačních zbytků z forem pneumatik a gravírování povrchů ablací až po izolaci odizolováním z vodičů a odstraňování nátěru z jemných povrchů.
Mezi některé z výhod používání laserů v aplikacích čištění povrchů patří:
Automatická a nenáročná metoda čištění
Snížené množství odpadních produktů
Zvýšená bezpečnost
Není třeba chemikálií nebo tryskacích médií
Neabrazivní a bezkontaktní proces čištění
Aplikace pro čištění laserem
Povrchové profilování a odstraňování rzi při výrobě oceli. Laserové čištění je také účinným a účinným způsobem odstraňování rzi a usazenin z kovových materiálů. Rust a měřítko jsou nečistoty, které vznikají na kovových površích v důsledku přírodních nebo umělých procesů. Když jsou kovy vystaveny vlhkosti, reagují s vodou za vzniku oxidů železitých, což má za následek rez. Tato ruda snižuje kvalitu kovu, což ho činí nevhodným pro použití v různých aplikacích.
Obr. 1 Web
(Zdroj: Worldsteel Image Library)
Naproti tomu váhy na kovových površích vznikají v důsledku procesů tepelného zpracování a jeho oxid zabarvuje kovový povrch, což zabraňuje případným následným dokončovacím operacím.
Odstranění těchto nežádoucích povrchových nánosů vyžaduje provedení odvápňovacího procesu, aby se vytvořily hladké povrchy pro předběžné úpravy a dokončovací procesy, jako je galvanické pokovování.
Konvenční operace odstraňování rzi a odstraňování vodního kamene zahrnují použití fyzikálních metod, jako je tryskání, leštění, škrabání, extra rány a kartáče. Pro odstraňování vodního kamene lze také použít chemické metody, jako je alkalické odvápňování a odstraňování vodního kamene (moření). Tyto metody jsou však velmi abrazivní a mají za následek znečištění životního prostředí a poškození substrátu.
Aby se předešlo těmto nevýhodám, laserové čištění se stalo výhodným způsobem pro odstraňování rzi a odstraňování vodního kamene. Rez / měřítko se odstraní nasměrováním laserového paprsku s vysokým špičkovým výkonem a opakovacími rychlostmi na zrezivěnou vrstvu.
Laser musí být vypálen v krátkých pulzech, aby nedošlo k poškození zpracovávaného substrátu. Rzi rychle absorbuje energii laserového paprsku, což má za následek zvýšené teploty. Jakmile je teplota dostatečně vysoká, rez se roztaví a nakonec se odpařuje.
Použití pulzních vláknových laserů je preferovanou možností, protože poskytuje větší kontrolu nad výkonem, vlnovou délkou a délkou pulsu, což umožňuje odpařování rzi / rozsahu bez jakéhokoliv poškození podkladového materiálu.
Proces čištění laserem lze také aplikovat na profilování povrchu. Před použitím ochranných nátěrů na zhotovené ocelové díly pro ochranu a ochranu před korozivním působením musí být jejich povrchy čisté a bez všech nečistot.
Povrchové profilování / příprava umožňuje odstranění všech nečistot z povrchu ocelových dílů při přípravě na ochranné nátěry. Tyto nečistoty zahrnují olej, mastnotu, šupiny, hydráty a oxidové vrstvy, základní nátěr atd. Pro všechny následné procesy musí být tyče, dráty a profily také prosté těchto nečistot.
Vzhledem k tomu, že čištění vláknovým laserem používá neabrazivní, bezkontaktní přístup bez použití rozpouštědel, chemikálií nebo abrazivních médií, je ideální pro profilování povrchu a odstraňování rzi a usazenin. Proces čištění může být prováděn v malém nebo velkém měřítku a může být automatizován. Čištění laserem je šetrný k životnímu prostředí a nákladově efektivní způsob, jak odstranit rez a připravit povrchy válcovaných ocelových výrobků a vyrobených ocelových dílů pro ochranný nátěr.
Čištění anodové sestavy. Průmysl tavení hliníku používá uhlíkové bloky jako "obětní" anody při výrobě primárního hliníku. Kvalita anody má vliv na environmentální, ekonomické a technologické aspekty výroby hliníku. Malé procento výkonu buněk je věnováno překonání elektrického odporu předehřáté anody.
Obr. 2 Web
(Zdroj: Flickr)
Přítomnost nečistot a dalších nečistot zvýší elektrický odpor anody, což má za následek spotřebu většího výkonu. Přítomnost kontaminantů také snižuje životnost anody zvýšením její spotřeby během procesu tavení. Z hlediska účinnosti je nutné vyčistit a odstranit všechny povrchové nečistoty z anodových sestav dříve, než se použijí při tavení hliníku.
Kromě toho jsou anodové sestavy cenným nástrojem, který lze znovu použít, ale pouze po provedení důkladného a pečlivého ošetření jeho hlavních složek - za specifických podmínek.
Čištění laserem splňuje specifické podmínky, za kterých mohou být anodové sestavy upraveny pro opětovné použití. Lze použít v následujících aplikacích:
Odstranění zbytků z uhlovodíků
Čištění katodových tyčí
Odstranění nečistot a nečistot z náprstek a tyčí
Přípravek pro lepení kovů. Pro zvýšení stability procesu, adheze povrchu a lepší kvality spoje musí být povrch kovových materiálů, které mají být spojeny, připraven před aplikací svařovacích a jiných spojovacích technik.
Bez nezbytných podkladů se spoje a švy stanou náchylnými k degradaci, zvýšenému opotřebení a katastrofickým poruchám. Laserové čištění může být použito k přípravě povrchů před jejich spojením, což má za následek vynikající kvalitu pevnosti spoje pro lepší odolnost proti korozi a trvanlivost.
Laserové čištění je vhodné pro lepení, protože odstraňuje oxidy a jiné nečistoty, jako jsou mastnoty a oxidy, které snižují pevnost lepených spojů. Je vhodný zejména pro aplikace zahrnující zakřivené nebo ploché povrchy nebo části s určitými omezeními pro velmi složité 3D geometrie.
Jednou z hlavních výhod laserového čištění je schopnost jemného vyladění jeho výkonu a vlnové délky pro přesnou modifikaci kovů, jako je hořčík a hliník, které mají být použity pro mikrostrukturní účely. Rovněž dodává materiálům s velmi vysokou odolností proti korozivním prvkům, které zajišťují stabilní, dlouhodobé lepení.
V nedávné době dochází k častějšímu použití lepicích vazeb v konstrukčních aplikacích namísto konvenčních spojovacích technik, jako je nýtování a svařování. To je dáno mnoha výhodami adhezivního lepení oproti běžným technikám.
Mezi tyto výhody patří rovnoměrné rozložení napětí, redukce koroze, zesvětlení konstrukce, tlumení vibrací a akustická izolace. Těchto výhod však lze dosáhnout pouze tehdy, když jsou povrchy, které mají být spojeny, připraveny, odmastěny a pečlivě vyčištěny.
Laserové čištění je ideální pro takové aplikace, protože pečlivě odstraňuje oleje, rzi, ochranné povlaky a další nečistoty vznikající při přepravě bez poškození podkladového substrátu.
Předúprava pro pájení a svařování. Laserové čištění se osvědčilo také v aplikacích předběžného zpracování pro svařování a pájení. Před použitím materiálů z hliníku a oceli pro účely svařování v lodním stavitelství, výrobě přesných nástrojů, automobilovém průmyslu a dalších souvisejících oborech musí být jejich povrchy nejprve připraveny.
Příprava laserového svaru je jednou z mnoha aplikací laserového čištění a pomáhá odstraňovat železné a neželezné kovy, maziva a další nečistoty z kovových a hliníkových povrchů při přípravě na vysoce kvalitní svary. Zajišťuje také hladké a pórové pájené spoje.
Při použití při procesech předúpravy pro svařování a pájení laserem se provádí laserové čištění:
Důkladné odstranění podkladů, hydrátů a oxidových vrstev
Odmašťování a odmašťování
Kromě svařování a přípravy na tvrdé pájení mohou být lasery také použity k odstranění zbytků svaru, jako jsou zbytkové tavidlo a oxidové materiály, jakož i tepelné skvrny z hotových svarových spojů. Tento způsob čištění je zvláště výhodný pro části z nerezové oceli, protože laserové světlo pozastavuje hranice zrn, což zajišťuje pasivaci svarových švů - čímž se zvyšuje odolnost proti korozi.
Mezi výhody používání laserového čištění při svařování a předpřípravcích pro pájení natvrdo patří:
Nastavitelné vlnové délky a výkon pro přesné zpracování spojovacích ploch v širokém rozsahu tloušťky materiálu
Žádné poškození podkladového substrátu - tj. Pozinkovaných vrstev ocelového plechu
Částečné odbarvování. Čištění laserem je obzvláště účinné v aplikacích, které vyžadují částečné odstranění nátěrů nebo povlaků z hotových povrchů. Může být použit na prakticky všech typech povrchů, ať už chemicky eloxovaných, oxidovaných nebo organických. Laserové čištění může být použito pro odstranění povlaků solárních panelů a odstranění nátěrů v automobilovém a leteckém průmyslu při zachování integrity základové hmoty.
V aplikacích pro odstraňování povlaků jsou preferovány vláknové lasery. Vyhýbají se potřebě maskování přesným odstraněním vrstvy povlaku ve specifikované oblasti, čímž se eliminují některé problémy spojené s částečným nanášením povlaků. Lasery mohou být použity v:
Přesné zpracování funkčních a designových povrchů
Vytváření Faradayových klecí a kontaktů kontinuity pro letecký průmysl
Částečné odstranění barvy pro elektromagnetickou kompatibilitu
Vytvářejte spojovací body pro připojení vodičů
Povlakování v elektronice a automobilovém průmyslu
Čištění laserem je vysoce účinné v situacích, kdy kritické svarové spoje na lakovaných konstrukcích / dílech musí být pro účely kontroly odstraněny. Laser odstraňuje povlaky bez nutnosti použití ručního nebo elektrického nářadí, brusiva nebo chemikálií, které mohou skrýt problémové oblasti a způsobit další poškození povrchu.
Selektivní odstraňování nátěru. Selektivní odstraňování barev představuje jednu z mnoha aplikací laserového čištění. V automobilovém a leteckém průmyslu je někdy nutné odstranit vrchní vrstvu nátěru při zachování základního nátěru. To je často případ, kdy je třeba před nanesením nové povrchové úpravy důkladně odstranit vrchní zvětralé povlaky na vozidlech.
