激光表面清洗的原理和實際應用

• 2018/8/10 13:02:31
• 小聶
• 圣同智能激光清洗除銹機

激光與清洗

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.可靠、.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。例如，工件表面粘有亞微米級的污染顆粒時，這些顆粒往往粘得很緊，常規的清洗辦法不能夠將它去除，而用納米激光輻射工件表面進行清洗則非常有效。還由于激光對工件是無接觸清洗，對精密工件或其精細部位清洗十分安全，可以確保其精度。所以激光清洗在清洗行業中獨具優勢。

  

激光為什么能夠用來清洗？為什么對被清洗物體不會造成損害呢？首先了解一下激光的本質。簡單來說，激光和在我們身邊的如影隨形般的光線（可見光和不可見光）沒有什么不同，只不過激光是利用諧振腔把光聚集在同一個方向上，并且有較單純的波長，協調性等性能更好，因此理論上所有波長的光都可以用來形成激光，但實際上受限于能夠激發的介質不多，因此能夠產生穩定且適合工業生產的激光光源相當有限。被廣泛使用的大概也就是Nd:YAG激光、二氧化碳激光和準分子激光。由于Nd：YAG激光可以通過光纖傳輸更適合工業應用，因此在激光清洗中也多被采用。

激光表面清洗的優點

與機械摩擦清洗、化學腐蝕清洗、液體固體強力沖擊清洗、高頻超聲清洗等傳統清洗方法相比，激光清洗具有明顯的優點。

一、激光清洗是一種”綠色”的清洗方法，不需使用任何化學藥劑和清洗液，清洗下來的廢料基本上都是固體粉末，體積小，易于存放，可回收，可以輕易解決化學清洗帶來的環境污染問題；

二、傳統的清洗方法往往是接觸式清洗，對清洗物體表面有機械作用力，損傷物體的表面或者清洗的介質附著于被清洗物體的表面，無法去除，產生二次污染，激光清洗的無研磨和非接觸性使這些問題迎刃而解；

三、激光可以通過光纖傳輸，與機器手和機器人相配合，方便地實現遠距離操作，能清洗傳統方法不易達到的部位，這在一些危險的場所使用可以確保人員的安全；

四、激光清洗能夠清除各種材料表面的各種類型的污染物，達到常規清洗無法達到的清潔度。而且還可以在不損傷材料表面的情況下有選擇性地清洗材料表面的污染物；

五、激光清洗效率高，節省時間；

六、購買激光清洗系統雖然前期一次性投入較高，但清洗系統可以長期穩定使用，運行成本低，以Quantel公司的LASERLASTE為例，每小時的運行費用僅為1歐元左右，更重要的是可以方便地實現自動化操作。

激光表面清洗的原理

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：

·激光器發射的光束被需處理表面上的污染層所吸收。

·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。

·沖擊波使污染物變成碎片并被剔除。

·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。

·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。能量密度高于第一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。下面就其在樓宇外墻中的一些實際應用情況作一介紹。隨著我國經濟的飛速發展，越來越多的摩天大樓被建立起來，大樓外墻的清潔問題日益凸現，LASERLASTE激光清洗系統通過.長70米的光纖對建筑物外墻的清洗提供了很好的解決方法，它可以對各種石材、金屬、玻璃上的各種污染物進行有效清洗，且比常規清洗效率高很多倍。還可以對建筑物的各種石材上的黑斑、色斑進行清除。LASERLASTE激光清洗系統在嵩山少林寺對建筑物、石碑進行的清洗試驗表明，采用激光清洗對保護古建筑恢復外觀效果非常好。

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