Дослідження технології лазерного очищення поверхні з нержавіючої сталі
У даній роботі представлено поняття і основний принцип технології лазерного очищення, а також використовується експериментальний метод для вивчення ефекту лазерного очищення поверхні нержавіючої сталі. Тест показує, що технологія лазерного очищення поверхні може швидко видалити колір окислення зварних швів з нержавіючої сталі та зони теплового впливу, а також фарбу та іржу на поверхні нержавіючої сталі, а також може утворити новий пасиваційний шар.
Основний принцип технології лазерного очищення
Під технологією лазерного очищення розуміється використання високоенергетичного лазерного променя опромінення робочої поверхні, з тим, що на поверхні бруду, іржавих плям або покриттів відбувається миттєве випаровування або зачистка, високошвидкісне ефективне видалення поверхні очисного об'єкта адгезії або поверхневого покриття, щоб домогтися чистого процесу.
Лазери разом з електронними пучками та іонними пучками в сукупності називаються пучками високих енергій. Загальною особливістю є те, що промені несуть високу енергію для передачі в просторі. При фокусуванні опромінення з щільністю потужності 104-1015Вт/см² можна отримати поблизу фокусної точки, яка є джерелом тепла з найбільшою інтенсивністю. . Лазер має характеристики високої яскравості, високої спрямованості, високої монохроматичності і високої когерентності, які не мають собі рівних зі звичайними джерелами світла. Використовуючи високу яскравість лазера, після фокусування об'єктивом біля фокуса може генеруватися температура в тисячі або навіть десятки тисяч градусів. Висока спрямованість лазера дозволяє лазеру ефективно передаватися на великі відстані. Монохроматичність лазера надзвичайно висока, а довжина хвилі одинарна, що сприяє фокусуванню та виділенню довжини хвилі. Лазерне світло, що випромінюється лазером, передається від оптичного волокна до фокусуючої лінзи, а після фокусування досягає поверхні заготовки, що підлягає очищенню від внутрішнього отвору сопла. Зазвичай використовується сопло, за допомогою невеликого отвору сопла коаксіального з лазером для видування газу під тиском в зону очищення. Газ забезпечується допоміжним джерелом газу, а його основна функція - запобігти забрудненню лінзи бризками і димом, а також очистити поверхню заготовки і посилити тепловий вплив лазера і матеріалу.
Як показано на рисунку 1, після поглинання енергії лазера забруднюючі речовини на поверхні об'єкта або випаровуються і випаровуються, або моментально нагріваються і розширюються для подолання адсорбційної сили поверхні на частинках, завдяки чому їх можна відокремити від поверхні об'єкта, тим самим досягнувши мети очищення. В даний час існують деякі розбіжності щодо механізму лазерного очищення, але більшість механізмів можуть обґрунтовано пояснити деякі явища в експериментах лазерного очищення, які, як правило, включають розкладання лазерної вапоризації, лазерний пілінг, термічне розширення частинок бруду, вібрацію поверхні субстрату і існує чотири аспекти вібрації частинок; більш того, лазерна чистка часто є результатом одночасної дії декількох механізмів.
Рисунок 1 Принцип лазерного очищення
Механізм лазерного очищення за адгезією поверхні і теплофізичними параметрами підкладки розрізняються за розмірами. Коли адгезія поверхні і теплофізичні параметри матеріалу підкладки істотно відрізняються, механізм лазерного очищення включає в себе: абляційну пароутворення, теплову вібрацію і механізм теплового удару і механізм акустичного руйнування, такий як лазерне очищення фарби і шару гуми. При адгезії поверхні матеріалу підкладки теплофізичні параметри не відрізняються, в основному це абляційний механізм випаровування за дією, наприклад, лазерне видалення іржі.
Дослідження випробувань на очищення поверхні зварного шва з нержавіючої сталі
Моя компанія багаторічне масове виробництво кузова автомобіля з нержавіючої сталі Т4003, а також більшість кузова з нержавіючої сталі, матеріали з нержавіючої сталі при зварюванні, локальні деталі через складальний зазор дуже бідні, що призводить до великих витрат тепла, особливо при використанні тонкої пластини близько 3 мм, призведе до окислення поверхні біля зварного шва з нержавіючої сталі та зварювання назад, руйнування вихідного пасиваційного шару матеріалу, завдяки чому корозійна стійкість матеріалу знижується або навіть виходить з ладу. Деякі вироби з нержавіючої сталі зовнішнього вигляду не вимагають фарбування або фарбування прозорим кольоровим лаком, надмірне окислення, викликане різницею кольорів, серйозно позначиться на загальній красі транспортного засобу. Надмірне окислення зварного шва з нержавіючої сталі в основному відбувається на зовнішній поверхні кузова, таких як бічна стінка, нижня бічна стінка та інші деталі, особливо бічна стінка і кінцева стінна пластина (кінцева стінка поперечна смуга) з'єднання деталей, як показано на рисунку 2.
Рисунок 2 Зовнішня поверхня зварного шва з нержавіючої сталі впливає на зону надмірного окислення
Відповідно до рекомендацій стандарту AWS D18.2 і стандарту AS 1554.6, поверхня зварного шва і зона теплового впливу допускається мати світлі оксиди солом'яного кольору, а зразки 1~3 на рисунку 3, сині, коричневі і чорні оксиди не відповідають вимогам. Крім окислення зварного шва, корпусу з нержавіючої сталі при виробництві місцевої іржі або інших забруднень та інших проблем, проект має намір перевірити використання технології лазерного очищення поверхні для позбавлення від надмірного окислення і іржі та інших домішок на поверхні нержавіючої сталі, а також корозійної стійкості оброблюваної поверхні за допомогою методу випробувань.
Рисунок 3 Зварний шов з нержавіючої сталі та зразки знебарвлення зони теплового впливу окислення (AWS D18.2:2009)
(1) Процес тестування вибирає портативний пристрій лазерного очищення потужністю 65 Вт, шляхом регулювання параметрів можна отримати різні ефекти, різні ефекти лікування за різними параметрами показані на рисунку 4, за допомогою декількох тестів, щоб досягти ідеального стану поверхні, розумні налаштування параметрів такі:
(1) Потужність лазера: 65 Вт.
(2) Точковий збіг: 1.2.
(3) Ширина імпульсу: 30 ~ 240 нс.
(4) Енергія імпульсу: 0,1 ~ 0,8 мДж, оптимальна енергія 0,1 ~ 0,2 мДж.
Рисунок 4 Випробування на очищення поверхні зразка нержавіючої сталі
(2) Результати випробувань змогли видалити весь оксидний шар з зварного шва та зони теплового впливу після обробки лазерним очищуючим пристроєм за вищезазначеними параметрами, як показано на рисунку 5 ~ Рисунок 7.
Рисунок 5 Порівняння до і після очищення швів встик
Рисунок 6 Порівняння до і після лобового очищення зварних швів філе
Рисунок 7 Порівняння до і після очищення задньої сторони шва філе
За станом оброблюваної поверхні на різниці швидкості поглинання світла, регулюючи довжину хвилі та інші параметри, лазер може не тільки очистити поверхню металу оксидним шаром, але і швидко очистити поверхню нержавіючої сталі від іржі і фарби (див. Рис. 8 ~ Рисунок 9)
Рисунок 8 Очищення верхньої бічної балки від іржі
Малюнок 9 Очищення лаком
Лазерне очищення поверхні дозволяє не тільки повністю видалити оксидний шар зварного шва і зону теплового впливу, але і сформувати новий пасиваційний шар, щоб запобігти повторному іржавінню. З метою перевірки корозійної стійкості нового пасиваційного шару було проведено порівняльне випробування корозійної стійкості в природних і змодельованих середовищах. Випробування проводилося шляхом локального лазерного очищення двох тест-пластин, які протягом певного періоду часу зберігалися в різних середовищах для спостереження за іржавою ситуацією. Ситуація корозії показана на рисунку 10: Випробувальну пластину 1 помістили у відкрите зовнішнє середовище на 6 місяців, і було помічено, що на неочищеній поверхні було багато слідів іржі, при цьому поверхня лише злегка іржавіла після лазерного очищення. Тест-пластину 2 поміщали в приміщенні при кімнатній температурі протягом 6 місяців, і було помічено, що на неочищеній поверхні з'явився природний колір окислення, а на поверхні після лазерного очищення не спостерігалося знебарвлення або іржавіння, і вона все ще була металевого кольору.
10 Зображення зразка пластини з нержавіючої сталі після очищення протягом 6 місяців
Лазерна технологія очищення поверхні дозволяє швидко видалити колір окислення зварного шва з нержавіючої сталі та зони теплового впливу, а також фарбу та іржу на поверхні нержавіючої сталі; технологія лазерного очищення поверхні може утворювати новий пасиваційний шар з хорошою корозійною стійкістю; поверхня нержавіючої сталі після лазерного очищення не має великої різниці кольорів з вихідною поверхнею.
Якщо ви хочете дізнатися більше інформації про MRJ-Laser, відвідайте:
Машини для лазерного очищення:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleaning-machine/
Машини для лазерного маркування:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Апарати лазерного зварювання:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
