Badania nad technologią laserowego czyszczenia powierzchni ze stali nierdzewnej
W artykule przedstawiono koncepcję i podstawową zasadę technologii czyszczenia laserowego oraz wykorzystano metodę eksperymentalną do badania efektu czyszczenia laserowego powierzchni stali nierdzewnej. Test pokazuje, że laserowa technologia czyszczenia powierzchni może szybko usunąć kolor utleniający spoin ze stali nierdzewnej i strefy wpływu ciepła, a także farbę i rdzę na powierzchni stali nierdzewnej i może utworzyć nową warstwę pasywacji.
Podstawowa zasada technologii czyszczenia laserowego
Technologia czyszczenia laserowego odnosi się do zastosowania wysokoenergetycznej powierzchni roboczej napromieniowania wiązką laserową, dzięki czemu powierzchnia brudu, plam rdzy lub powłok następuje natychmiastowe odparowanie lub usunięcie, szybkie skuteczne usunięcie przyczepności powierzchni obiektu czyszczącego lub powłoki powierzchniowej, w celu uzyskania czystego procesu.
Lasery, wraz z wiązkami elektronów i wiązkami jonów, są zbiorczo określane jako wiązki wysokoenergetyczne. Wspólną cechą jest to, że wiązki przenoszą wysoką energię do transmisji w przestrzeni. Poprzez ogniskowanie można uzyskać napromieniowanie o gęstości mocy 104-1015W/cm² w pobliżu punktu ogniskowego, który jest źródłem ciepła o najwyższej intensywności. . Laser ma cechy wysokiej jasności, wysokiej kierunkowości, wysokiej monochromatyczności i wysokiej spójności, które nie mają sobie równych ze zwykłymi źródłami światła. Korzystając z wysokiej jasności lasera, po ustawieniu ostrości przez soczewkę, w pobliżu ostrości można wygenerować temperaturę tysięcy, a nawet dziesiątek tysięcy stopni. Wysoka kierunkowość lasera umożliwia wydajne przesyłanie lasera na duże odległości. Monochromatyczność lasera jest niezwykle wysoka, a długość fali pojedyncza, co sprzyja skupieniu i doborowi długości fali. Światło lasera emitowane przez laser jest przekazywane ze światłowodu do soczewki ogniskującej, a po ustawieniu ostrości dociera do powierzchni przedmiotu obrabianego do oczyszczenia z wewnętrznego otworu dyszy. Zwykle stosuje się dyszę za pomocą małej dyszy otworowej współosiowej z laserem, aby wydmuchać gaz pod ciśnieniem do strefy czyszczenia. Gaz jest dostarczany przez pomocnicze źródło gazu, a jego główną funkcją jest zapobieganie zanieczyszczeniu soczewki przez rozpryski i dym oraz oczyszczanie powierzchni obrabianego przedmiotu i wzmacnianie efektu termicznego lasera i materiału.
Jak pokazano na rysunku 1, po pochłonięciu energii lasera zanieczyszczenia na powierzchni obiektu są albo odparowywane i ulatniane, albo są natychmiast podgrzewane i rozszerzane w celu przezwyciężenia siły adsorpcji powierzchni na cząstki, tak aby można je było oddzielić od powierzchni obiektu, osiągając w ten sposób cel czyszczenia. Obecnie istnieją pewne rozbieżności co do mechanizmu czyszczenia laserowego, ale większość mechanizmów może rozsądnie wyjaśnić niektóre zjawiska w eksperymentach z czyszczeniem laserowym, które na ogół obejmują rozkład waporyzacji laserowej, peeling laserowy, rozszerzalność cieplną cząstek brudu, wibracje powierzchni podłoża i Istnieją cztery aspekty wibracji cząstek; co więcej, czyszczenie laserowe jest często wynikiem jednoczesnego działania wielu mechanizmów.
Rysunek 1 Zasada czyszczenia laserowego
Mechanizm czyszczenia laserowego w zależności od przyczepności powierzchni i parametrów termofizycznych podłoża różni się wielkością. Gdy przyczepność powierzchni i parametry termofizyczne materiału podłoża znacznie się różnią, mechanizm czyszczenia laserem obejmuje: odparowanie ablacji, mechanizm wibracji termicznych i szoku termicznego oraz mechanizm rozbijania akustycznego, taki jak farba do czyszczenia laserowego i warstwa gumy. Gdy przyczepność powierzchni i materiał podłoża nie różnią się parametrami termofizycznymi, w działaniu działa głównie mechanizm waporyzacji ablacji, taki jak laserowe usuwanie rdzy.
Badania nad czyszczeniem powierzchni spoin ze stali nierdzewnej
Moja firma długoterminowa masowa produkcja nadwozia ze stali nierdzewnej T4003 pojazdu, a większość korpusu ze stali nierdzewnej, materiały ze stali nierdzewnej w spawaniu, lokalne części ze względu na szczelinę montażową jest bardzo słaba, co powoduje duży dopływ ciepła, szczególnie przy użyciu cienkiej płyty około 3 mm, doprowadzi do utleniania powierzchni w pobliżu spoiny ze stali nierdzewnej i spawania z powrotem, zniszczenie pierwotnej warstwy pasywacyjnej materiału, tak aby odporność materiału na korozję została zmniejszona lub nawet uszkodzona. Niektóre produkty o wyglądzie ze stali nierdzewnej nie wymagają malowania ani malowania przezroczystego lakieru kolorowego, nadmierne utlenianie spowodowane różnicą kolorów poważnie wpłynie na ogólne piękno pojazdu. Nadmierne utlenianie spoiny ze stali nierdzewnej występuje głównie na zewnętrznej powierzchni korpusu, takiej jak ściana boczna, dolna płyta ściany bocznej i inne części, zwłaszcza części łączące ścianę boczną i płytę ściany końcowej (poprzeczna ściana końcowa), jak pokazano na rysunku 2.
Rysunek 2 Korpus zewnętrzny ze stali nierdzewnej spoiną nagrzewaną strefą nadmiernego utleniania
Zgodnie z zaleceniami normy AWS D18.2 i normy AS 1554.6, powierzchnia spoiny i strefy wpływu ciepła może zawierać tlenki w kolorze jasnej słomy, a próbki 1 ~ 3 na rysunku 3, niebieskie, brązowe i czarne tlenki nie spełniają wymagań. Oprócz utleniania spoiny, korpusu ze stali nierdzewnej w produkcji lokalnej rdzy lub innych zanieczyszczeń i innych problemów, projekt ma na celu sprawdzenie zastosowania laserowej technologii czyszczenia powierzchni w celu pozbycia się nadmiernego utleniania i rdzy oraz innych zanieczyszczeń na powierzchni stali nierdzewnej oraz odporności na korozję obrabianej powierzchni metodą testową.
Rysunek 3 Próbki odbarwień spoin ze stali nierdzewnej i strefy utleniania w strefie wpływu ciepła (AWS D18.2:2009)
(1) Proces testowy wybiera ręczne laserowe urządzenie czyszczące o mocy 65 W, poprzez regulację parametrów, można uzyskać różne efekty, różne efekty obróbki przy różnych parametrach przedstawiono na rysunku 4, poprzez kilka testów, w celu osiągnięcia idealnego stanu powierzchni, rozsądne ustawienia parametrów są następujące:
(1) Moc lasera: 65W.
(2) Zbieżność punktowa: 1.2.
(3) Szerokość impulsu: 30 ~ 240ns.
(4) Energia impulsu: 0,1 ~ 0,8 mJ, optymalna energia 0,1 ~ 0,2 mJ.
Rysunek 4 Test czyszczenia powierzchni próbki ze stali nierdzewnej
(2) Wyniki badań były w stanie usunąć całą warstwę tlenku ze spoiny i strefy wpływu ciepła po obróbce za pomocą laserowego urządzenia czyszczącego pod powyższymi parametrami, jak pokazano na rysunku 5 ~ Rysunek 7.
Rysunek 5 Porównanie przed i po czyszczeniu spoin doczołowych
Rysunek 6 Porównanie przed i po przednim czyszczeniu spoin filetowych
Rysunek 7 Porównanie przed i po czyszczeniu tylnej strony spoiny filetowej
Zgodnie ze stanem obrabianej powierzchni na różnicy w szybkości pochłaniania światła, dostosowując długość fali i inne parametry, laser może nie tylko oczyścić warstwę tlenku powierzchni metalu, ale także szybko oczyścić rdzę powierzchniową i farbę ze stali nierdzewnej (patrz Rysunek 8 ~ Rysunek 9)
Rysunek 8 Czyszczenie rdzy górnej belki bocznej
Rysunek 9 Czyszczenie lakieru
Laserowe czyszczenie powierzchni może nie tylko całkowicie usunąć warstwę tlenkową spoiny i strefy wpływu ciepła, ale także utworzyć nową warstwę pasywacyjną, aby zapobiec ponownemu rdzewieniu. W celu weryfikacji odporności na korozję nowej warstwy pasywacyjnej przeprowadzono test porównawczy odporności na korozję w środowisku naturalnym i symulowanym. Test przeprowadzono poprzez miejscowe czyszczenie laserowe dwóch płytek testowych, które były przechowywane w różnych środowiskach przez pewien czas, aby zaobserwować sytuację rdzewienia. Sytuacja korozji jest pokazana na rysunku 10: Płyta testowa 1 została umieszczona w zewnętrznym otwartym środowisku na 6 miesięcy i zaobserwowano, że na nieoczyszczonej powierzchni było dużo śladów rdzy, podczas gdy powierzchnia była tylko nieznacznie zardzewiała po czyszczeniu laserowym. Płytkę testową 2 umieszczono w pomieszczeniu w temperaturze pokojowej przez 6 miesięcy i zaobserwowano, że naturalny kolor utleniający pojawił się na nieoczyszczonej powierzchni, a po czyszczeniu laserowym nie zaobserwowano przebarwień ani rdzy na powierzchni i nadal był metaliczny w kolorze.
Rys. 10 Zdjęcie próbki płyty ze stali nierdzewnej po czyszczeniu przez 6 miesięcy
Laserowa technologia czyszczenia powierzchni może szybko usunąć kolor utleniający spoiny ze stali nierdzewnej i strefy wpływu ciepła, a także farbę i rdzę na powierzchni stali nierdzewnej; laserowa technologia czyszczenia powierzchni może tworzyć nową warstwę pasywacyjną o dobrej odporności na korozję; powierzchnia stali nierdzewnej po czyszczeniu laserowym nie ma dużej różnicy kolorów z oryginalną powierzchnią.
Jeśli chcesz uzyskać więcej informacji na temat MRJ-Laser, odwiedź:
Laserowe maszyny czyszczące:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleaning-machine/
Maszyny do znakowania laserowego:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Spawarki laserowe:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
