引言

數(shù)十年以來，激光清洗由于具備非接觸、低損傷、綠色環(huán)保等優(yōu)點，其技術逐漸發(fā)展成熟并逐步應用于各個領域，目前市場上主流清洗設備分為脈沖激光清洗機和連續(xù)激光清洗機。其中脈沖激光清洗后的表面潔凈度高，但效率較低；連續(xù)激光清洗效率較高，但清洗后表面潔凈度低。鑒于此，如何將這兩種激光優(yōu)勢進行有效結合，以最大限度地發(fā)揮激光清洗技術的優(yōu)點，成為了當前研究的一個重要方向。

01 連續(xù)與脈沖激光作用機理分析研究

圖1 連續(xù)激光除銹的溫度分布云圖

圖2 脈沖激光除銹的溫度分布云圖

通過對連續(xù)與脈沖激光除銹過程數(shù)值模擬結果的研究可看出，連續(xù)激光光源使銹蝕層表面溫度超過 30000 K，基材表面最高溫度接近 3500 K，脈沖激光光源使銹蝕層表面最高溫度達 14758 K，基材表面最高溫度達 2255 K。經(jīng)過對比分析可知，連續(xù)激光光源具有更強的熱效應，除銹過程的表面溫度更高，基材產(chǎn)生熱損傷的傾向也更大；脈沖激光光源具有更強的峰值功率，加熱效率更高，溫度改變速率更快，但脈沖作用持續(xù)時間較短，多個脈沖激光周期的疊加效果下使溫度多次陡升。兩者都存在基材熔化現(xiàn)象，連續(xù)激光除銹后表面是一道深度均勻的凹槽，脈沖激光除銹后則是多個光斑形成的火山坑搭接的形貌,在截面上出現(xiàn)多個凸起,且熔坑的深度逐漸加深。根據(jù)單一激光的清洗作用機制，接下來分別進行單一激光和組合清洗效果試驗。

02 連續(xù)、納秒脈沖單一和組合清洗效果對比測試

為體現(xiàn)復合激光清洗技術相對于激光清洗技術的優(yōu)勢，我們進行了碳鋼焊縫氧化皮清洗測試，同時采用500W脈沖設備、2000W連續(xù)激光設備、對比500W脈沖激光搭配2000W連續(xù)激光器進行清洗測試，測試信息如下：

表1  激光清洗工藝參數(shù)

圖3 原始狀態(tài)圖

圖4 連續(xù)、脈沖組合清洗碳鋼焊縫氧化皮效果圖

根據(jù)3組實驗結果，采用500W脈沖加2000W連續(xù)的復合激光清洗技術，碳鋼焊縫氧化皮的清洗效果和效率最佳。

03 翔明復合激光清洗機

翔明激光通過前期大量豐富的工藝應用與技術積累，將連續(xù)和納秒脈沖激光的外光路耦合，設計出一款最具競爭力的復合激光清洗機，該款設備集合了連續(xù)激光的高效率及脈沖激光清洗高潔凈度的優(yōu)勢，避免了單一清洗的缺點和不足，具有提高清洗質(zhì)量、增大清洗效率、穩(wěn)定清洗加工過程等優(yōu)點。

• 連續(xù)、脈沖激光按需輸出，可高效徹底清洗焊后氧化物（金屬氧化皮、氧化層、銹蝕等）；
• 主機采用機柜空調(diào)冷卻+內(nèi)循環(huán)水冷，清洗頭密封防塵,可長時間穩(wěn)定作業(yè)；
• 配有通訊接口，易于與焊接設備集成。

04 應用案例 管道焊縫除銹

圖5戶外管道實況           

圖6手工噴砂清理銹蝕  

戶外作業(yè)管道焊接后，進行后續(xù)防腐處理需要將焊后氧化物清洗至潔凈度Sa2級 ※依據(jù) GB/T 8923.1-2011《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定》

圖7  連續(xù)、脈沖組合清洗效果圖

采用復合激光清洗，清洗后的表面不僅滿足金屬表面清理等級Sa2級，且清洗效率也能滿足客戶要求，極大程度改善作業(yè)人員的工作環(huán)境。

復合激光清洗機繼承脈沖激光清洗高潔凈度及連續(xù)激光清洗高效率的優(yōu)點，解決了客戶對激光清洗高效率和高潔凈度的需求問題，該設備也將成為激光清洗行業(yè)新的應用增長點。

來源：武漢翔明激光科技

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