激光清洗純幹貨分享

傳統的清洗方法包括機械清洗法、化學清洗法和超聲波（bō）清洗法，機械清洗法即采用刮、擦（cā）、刷、噴砂等機械手段去除表（biǎo）麵汙物；濕法化學清洗法是利用有機清洗劑，通過噴、淋、浸泡或高頻振動等措施去除表麵附（fù）著物業超聲波清（qīng）洗（xǐ）法是將被處理零（líng）件放入清洗劑中，利用超聲（shēng）波產生的振動效應除去汙垢。

目前這三種（zhǒng）清（qīng）洗方法在我國清（qīng）洗市場中仍占主導地位，但在環境保護和高精度要求（qiú）下其應用（yòng）受到很大的限（xiàn）製。機械清洗（xǐ）法無法滿足高清（qīng）潔度清洗要求，容易損傷被（bèi）清洗（xǐ）工件的表麵積而（ér）化（huà）學清洗方法容易導致環境汙染，獲得（dé）的清潔度也很有（yǒu）限，特別是當（dāng）汙垢成分複雜時，必須選用多種清洗劑（jì）反複清洗才可能滿足表麵消潔度的要求。超聲波清洗法盡管清洗（xǐ）效果不錯，但對亞微（wēi）米級汙粒的清洗無能（néng）為力，清洗槽的尺寸限製了加工零件的範圍和（hé）複雜程度，而（ér）且清洗後對工件的（de）幹燥（zào）亦是一大難題。

近年來，隨著人（rén）們環（huán）保意識的（de）增強（qiáng），給世界範圍內清洗（xǐ）業的發展帶來了巨大的挑戰，各種有利於（yú）環境保護的清洗（xǐ）技術（shù）應運而生，激光清洗技術就是其中之一。

所謂激光清洗技術是指利用高能激光束照射工件表麵，使表麵的汙物、鏽斑或塗層發生瞬（shùn）間（jiān）蒸發或剝離，高速有效地清除清潔對象表麵附（fù）著物或表麵塗層，從而達到潔（jié）淨的（de）工藝過（guò）程（chéng）。它是基於激光與物質相互作用效應的一項新技術，與傳統的機械（xiè）清洗法、化學腐蝕清洗、液體固體強力衝擊（jī）清洗、高頻超聲清洗等傳統清洗方法相比，有明顯的優點。它高效、快捷、成本低，對基片產生的熱負荷和機械負荷小，清洗為非損傷；廢物可回收，無環境汙染物安全可靠，不損害操作人員健康證可以清除（chú）各種不同厚度（dù）、不同成份的塗（tú）層次清潔過程易於實現自動化（huà）控製，實現遠距離（lí）遙控清洗等。

激光清洗的原理和方法

激光的特點是具有高方向性（xìng），單色性，高相幹（gàn）性和高亮度。通過透鏡的聚焦和Q開關，可（kě）以把能（néng）量集中到一個很小的空間範（fàn）圍和時間範圍內（nèi）。在激光清洗處理中，主要（yào）利用了激光的以下特性：

1、 激（jī）光可（kě）以實現能量在時間和（hé）空間上的高度（dù）集中，聚焦的激光束在焦點附近可產生幾千（qiān）度甚至幾萬度的高（gāo）溫，使汙（wū）垢瞬間蒸發、氣化或分（fèn）解。

2、激光束的發散角小，方向（xiàng）性好（hǎo），通過聚光係統可以使（shǐ）激光束聚集成（chéng）不同直徑的（de）光斑（bān）。在激光能量相（xiàng）同的條件下，控製不同直徑的激光束光斑可以調整激（jī）光的能量密度，使汙垢（gòu）受熱膨脹。當汙垢的膨脹力大於汙（wū）垢對基體的吸附（fù）力時，汙垢便會脫離物體的表麵。

3、激光光束可以通過在固體表麵產生（shēng）超聲波，產生力（lì）學共振，使汙垢破碎（suì）脫落（luò）。

激光（guāng）清洗技術正是利用了上述激光的特性從（cóng）而達（dá）到（dào）清洗（xǐ）的目（mù）的。根據被清洗基體（tǐ）物（wù）質與被清除汙垢的光（guāng）學特性，可以將激光清洗機理分為兩大類（lèi）：

一類是利用清洗（xǐ）基片（也稱為母體）與表麵附著物（汙物）對某一波長激光能量的吸收係數具有很大的差別。輻射到表麵的（de）激光能量（liàng）大部分（fèn）被表（biǎo）麵附著物所吸收，從（cóng）而受熱或氣化蒸發，或瞬（shùn）間膨脹，並被形成（chéng）的氣流帶動，脫離物體表麵，達（dá）到清洗目的。而基片由於對該波長的激光吸（xī）收能量極小（xiǎo），不會受到損傷。對此（cǐ）類激光清洗，選擇合適的波長（zhǎng）和控製好激光能（néng）量大小，是實現安全高效清洗的關鍵。

另一類適用於清潔基片（piàn）與表（biǎo）麵附（fù）著（zhe）物的激光能量吸收係數差（chà）別不大，或基片對塗層受熱形成的酸性蒸氣較為敏感，或塗層（céng）受（shòu）熱後會產生有（yǒu）毒物質等情（qíng）況的清洗方法。該類方法通（tōng）常是利用高功率（lǜ）高重複率（lǜ）的脈衝激光衝擊被清洗的表麵（miàn），使部分光束轉（zhuǎn）換成聲波。聲波擊中下層硬表麵後，返回的部分與激光產生的入射聲波發生幹涉，產生高能波，使塗層發生小範（fàn）圍的爆炸（zhà），塗（tú）層被壓成（chéng）粉末，再被真空泵清除，而底下的（de）基片卻不會損傷。

從方法上分析，激光清（qīng）洗方法有4種：1、激光幹洗法，即采用脈衝激光直接輻射去（qù）汙；2、激（jī）光+液膜方法，即首先沉積一層液（yè）膜於基體表（biǎo）麵，然後（hòu）用激光（guāng）輻射去汙；當激光照（zhào）射於液膜上時，液膜急劇受熱，產生爆炸性汽化，爆炸性衝擊波使（shǐ）基體表麵的汙物鬆散。並隨衝擊波飛離加工物體表麵，達到去汙的目的。3、激光+惰性氣體的方法，即在激光輻射的同時，用惰性氣體吹向基體表麵，當汙物從表（biǎo）麵剝離後會立即被氣體吹離表麵，以（yǐ）避免表麵再次汙染和氧化；4、運用激光使汙垢鬆散後，再用非腐蝕性化學方法清洗。目（mù）前，常用的是前3種方法。第4種方法僅（jǐn）應用於石質文（wén）物的清洗中，而一個完整的激光清洗（xǐ）係統包括：激光器或YAG激光器）、試樣加工台、導光（guāng）係（xì）統（tǒng）、控製台、輔助係統（如量熱計、光束輪廓儀及（jí）其附（fù）件（jiàn））。對於激光+液膜的清洗方法，還有液膜沉積係統。當采用（yòng）激光+惰性（xìng）氣體的清洗（xǐ）方法時，還應該包括惰性氣體的進入（rù）和排除係統。

激光清洗的應用現狀

石雕和石刻等年代久遠的高檔石質藝術品，由於其極精細和易損的（de）表麵結構，成為（wéi）激光清洗技術應用（yòng）最（zuì）早的（de）領域。人（rén）們發現，用激光清除石質文物表麵的（de）汙垢有其獨特的優勢，它能夠十分精確地控（kòng）製光束在複雜的表麵上移（yí）動，清除汙垢而不損傷（shāng）文物石材。

例子（zǐ）

例如:1992年9月（yuè）聯合國（guó）教科文組織所（suǒ）屬的世界文（wén）化遺產保護組織（zhī）為（wéi）紀念（niàn）該組織創建二十周年，實施了對著名的英國亞明大教堂的維修工程。亞（yà）明大（dà）教堂西側的聖母門上精美的大理石雕刻是工程的關鍵（jiàn）。在為期一年的聖（shèng）母（mǔ）門維（wéi）修工程中，維修人員借（jiè）助於激光，用激光光束除（chú）去了覆蓋在大理石雕刻花紋上幾（jǐ）毫米厚的黑色垢層，大理石表麵原來的色澤體現出來，使精美的雕刻重現光彩。

又（yòu）如（rú）：英國最重要的石雕收藏處之一的英斯布倫（lún）蒂爾的（de）石（shí）雕收藏品經激光清洗（xǐ）後，也得到了同樣的效果。人（rén）們（men）用電子顯微鏡觀察激光（guāng）清洗後的石雕表麵，發現激光清洗後石（shí）頭的結構沒有變化，被清洗的表麵既光滑又平坦，沒有損傷（shāng）。這跟用微（wēi）粒子噴射法（噴砂法）清洗後的表麵完全不同（tóng）。微粒子（zǐ）噴射法清洗後大理石表麵結構的損傷是難（nán）以避免（miǎn）的，特別是對（duì）已有（yǒu）硫酸鹽垢層的大理石表麵。電（diàn）子（zǐ）顯微鏡的觀察還發現，激光照射後，表層（céng）下岩石（shí）材料的各項性質既無退化，也無（wú）改變。

目前，用激光清洗石灰石、大理石等高檔石材（cái）料表麵汙垢的工作已成（chéng）為一項新的很有前途的業（yè）務項目。除了對石（shí）材（cái）料的清（qīng）洗外，激（jī）光清洗在玻璃、金屬、模具、磁盤（pán）以及各種微電子（zǐ）產品（pǐn）的清（qīng）洗中都有很好的效果，在汽車（chē）輪胎的生產中，輪胎模具（jù）的底部（bù）及周邊花紋每隔二至三周需要清洗一次，每隔幾個月就（jiù）要將整個模具（jù）徹（chè）底清洗一次。傳統方（fāng）法（fǎ）是用化學藥水浸泡或噴砂清洗，不但費（fèi）用昂貴、噪音大（dà）、汙染嚴重，而且還影響到模具的（de）表麵質量。

另外，這類清洗方法不能實現在（zài）線清（qīng）洗，清洗前的拆卸模具和清洗後的安裝模具耗（hào）時長，影響生產流水線正常運（yùn）轉。利（lì）用激光技術清洗模具即可實現在線清（qīng）洗作業。根據模具表麵有機附著物的多少（shǎo）和膠料結構的不同，清洗一套模具（jù）僅需45-90分鍾（包（bāo）括裝卸和清洗模具兩側的零件）。由於模具表麵可以反射激光束，因此模具表麵不會（huì）被激光損傷。激光清洗具有很高的靈活性，用戶完全可以用此技術替代正在使用的其它方法。目前國外已用YAG激光器在輪胎生產線上實現了輪胎（tāi）模具的在線清洗，並已應用到工業中。當模具需要清洗時，在硫化結束（shù）的同時（shí）打開硫（liú）化機，將激光模具清洗係統移到硫化機前對模具進行（háng）清洗，無需等待模（mó）具冷卻。

同時注意

清洗模具的時間與模具的溫度無關。操（cāo）作（zuò）者將激光清（qīng）洗係統的頭部靠緊模具即可開始清（qīng）洗。清洗過程中，激（jī）光束掃描（miáo）模具表麵，並（bìng）從四個不同角（jiǎo）度照射模具表麵，這樣能夠（gòu）保證各種類型的（de）模（mó）具都能（néng）被（bèi）清洗幹淨。清洗完一（yī）半後，將清洗機的頭部移向模具的另一半進行清洗。模具完全清洗幹淨後，將清洗裝置移向另一台需清洗的硫化機模具。清洗完（wán）的硫化機可立即投入（rù）生（shēng）產。除清洗模具外，工業應用還包括為輪胎作標誌，除去製動線等零部件的塗層或扁平導線（xiàn）上電線的剝離。

目前國外已用YAG激光器（qì）在輪胎生產線上實（shí）現了（le）輪胎模具（jù）的在線清洗，並已應用到工業中。係統若滿負荷運行，以原配輪胎生產廠一年清洗1500副模（mó）具計，可節省生產時間6000h；輪胎產（chǎn）量（liàng）可增（zēng）加約3萬套。不僅環保，經濟效（xiào）益也相當可觀。

激光（guāng）清洗技術應用（yòng）在（zài）歐洲推廣應用至今已數年了，並且已有產（chǎn）品，而（ér）我國僅（jǐn）剛剛起步，主要是激光設備的投資昂貴，普遍應用還有一定難度，激光清洗技術與傳統清洗技術相比較，有無法比擬的優點。目前輪胎模具高效率低成本的清（qīng）洗方（fāng）法急需推廣，據不完全統計，我國輪胎及其製品廠家數千家，年產一百萬套以上輪胎的企業也不下2000家。年產量在一百（bǎi）萬套輪（lún）胎（tāi）的廠家擁有的模具就有幾萬套（tào），且一套模具使用3周左右就需清洗一次。可見推廣應（yīng）用激（jī）光技術清洗的意義（yì）重大。相信在此技術不斷完善的基礎上，隨著設備（bèi）的批量生產，激光清洗技術將（jiāng）在輪胎模具清洗或其他的清洗業中發揮重（chóng）要的作用（yòng），具有（yǒu）很好的發展前景。

激光清洗效益（yì）分析

下麵以激光清洗輪胎模具為例，說明激光清洗（xǐ）與脫機噴砂清洗和幹冰清洗設備相比的經濟效益。激光（guāng）清洗技術具有明顯優勢：清（qīng）洗快速，勞動強（qiáng）度低，無（wú）磨損，對操作員無危（wēi）險。

然而，設備（bèi）的首期投（tóu）資較高，達30-60萬美元。因此工（gōng）廠需要（yào）確立一個合理的投資回（huí）收計劃。典（diǎn）型的JET激光係統工廠可（kě）以在18個月內（nèi）取得投（tóu）資回收（shōu）。硫化停工時間（jiān）短，勞動（dòng）力成本低，模具磨（mó）損少以（yǐ）及較低的生產成本是潛（qián）在的效益。譬如，一台日（rì）產20000條輪胎的（de）設備，按8台硫化機（16模）每天平均清洗一次的要求，假設每班清洗3台硫化機或（huò）每天清洗9台硫化機（有的工廠（chǎng）清洗兩次）從硫化機上拆下兩半模具進行脫機清洗，大約需要15h的（de）作業和10h的停機時間，如采用激光對兩半模具進行清洗，則需要0.3h的作和3h的停機時間，這樣，清洗完（wán）一台硫化機（jī）就（jiù）可以節約14h的作業和7h的停機（jī）時間。又假設，隻做10次清（qīng）洗（5台硫化（huà）機），5次在模具車間進行脫機清洗，采用激光清洗將產生巨大的回報：每天可節（jiē）約70小（xiǎo）時的作業和35小的的停機時間，那麽按一年320天的工作日算，每（měi）年可增加22400小時作業和（hé）11200小時的上機時（shí）間。

激光清洗設備的維修和維護費用也應該計算在內，為擦幹淨（jìng）激光鏡和清除沉積在過濾器上的殘餘物，每周需對裝置進行30min的維護，每4周對主要部件進行60min的檢修。每6個月按照製造商的要求對裝置進行常規維護並運（yùn）行一次激（jī）光係統。大（dà）部分機械部件可以和激光器機架一樣都（dōu）有10年以（yǐ）上的使用（yòng）壽命，一些（xiē）激光部件在使用大約300h後（hòu）要求替換。這些零部件可在常規預防維修期間進行現場（chǎng）更換。激光裝置加上其一（yī）年（nián）的保修服務。包括易損（sǔn）件的更換並提供典型備件，總算起來操作成本約為第小時4-8美元。所有設備（bèi）都有安裝有Modem(調（diào）製調節器)，這樣製造商可以提供遠（yuǎn）程服務。

綜（zōng）合以上因素，總體來看，激光清洗技術的經濟效益是十分顯著的。

激光清洗技術比傳統的清洗技術有很大的優勢，在經濟效益（yì）和“綠色”工程方麵都（dōu）能給（gěi）社會帶來（lái）很大的好處，市場前景相當廣（guǎng）闊。而我國現在在這方麵的研究還是（shì）不夠的，如果（guǒ）能夠利用蘑菇视频下载渠道現有的激（jī）光技術，開發配套的激光清洗設備，並使之投入生產，實現產業化，是完全可能的。隨著激光器（qì）成本（běn）的（de）下降，必將使得激光（guāng）清（qīng）洗技（jì）術逐漸得（dé）以普及，這（zhè）對（duì）推動高新技術產（chǎn）業發展的本身也是有重（chóng）要意義的。

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