Лазерная очистка металлических изделий

Очистка металла от окислов и загрязнений крайне актуальна на производстве, особенно при сварке, покраске или ремонте. Зачастую для очистки листового металла или корпусных металлических изделий применяют пескоструйную или дробеметную обработку. Однако у данных методов есть и свои недостатки: сложность обработки углов, гофрированных изделий, неравномерность снятия материала при сложном рельефе, сложности при локальной обработке, громоздкость оборудования и необходимость наличия рабочей камеры.

Альтернативой этим методом может служить лазерная очистка металла.

Лазерная очистка позволяет без повреждения основного металла удалять такие поверхностные загрязнения, как ржавчину, масляные пленки, лакокрасочные покрытия, окалину, нагар, продукты нефтяных отложений, гальванические покрытия, адгезивные покрытия, органику [1]. Стоит отметить, что лазерная очистка применяется также и при работе с неметаллическими материалами, в частности при работе с резинами, деревом, камнем и т.д. [2].

В качестве источников лазерного излучения в таких установках выступают твердотельные (Nd:YAG-лазеры), углекислотные и эксимерные лазеры. Для очистки металла чаще всего используются твердотельные лазеры.

Процесс лазерной очистки металлической заготовки чаще всего осуществляется следующим образом:

• 1.    загрязненный слой металла поглощает лазерный луч;

• 2.    поглощение большого количества энергии вызывает образование плазмы, которая быстро расширяется, будучи нестабильным газом с высокой степенью ионизации – так появляются ударные волны;

• 3.    ударная волна разрушает слой загрязнений, устраняя их с поверхности;

• 4.    небольшая ширина светового импульса не допускает накопления тепла, которое бы негативно отразилось на целостности материала изделия.

Можно выделить следующие достоинства лазерной очистки металла:

• 1.    процесс не сопровождается образованием токсичных веществ;

• 2.    высокая точность и скорость воздействия обработки;

• 3.    простота самого процесса и его автоматизации;

• 4.    отсутствие расходных материалов и низкий уровень шума;

• 5.    равномерность снятия поверхностных загрязнений;

• 6.    возможность использования мобильной установки;

• 7.    обработку можно осуществлять локально без использования дополнительных

защитных покрытий, также обрабатываемому участку можно придать сложную форму.

К минусам такого оборудования относятся относительно низкая производительность очистки и высокая стоимость оборудования и комплектующих.

Лазерная микрообработка связана с очисткой проводов и прочих элементов микросхем от изоляции или напыления для последующей пайки. Также лазерная очистка применяется для снятия полиамидного покрытия на трубках тормозных или охладительных систем.

Лазерная макрообработка используется для очистки ювелирных изделий, изделий из драгметаллов, металлических произведений искусства, монет и т.п.

Лазерная очистка металла в производстве применяется не только для удаления ржавчины и поверхностных загрязнений, но и для регулярной очистки форм для отливки резинотехнических изделий. Метод может быть автоматизирован и в ряде случаев не требует демонтажа пресс-формы.

Металл можно обработать от коррозии при помощи лазера двумя способами: лазерной абляцией и лазерной десорбцией.

Лазерная абляция заключается в обработке поверхности импульсным излучением, испаряющим загрязнения. Поверх- ностные загрязнения резко нагреваются лазером до температур выше 16000 оС, переходя в состояние плазмы, в процессе чего образуется ударная волна, рассеивающая плазму.

Лазерная десорбция является разновидностью лазерной очистки металла от ржавчины и считается более щадящей. Ее отличие от абляции заключается в воздействии на поверхностные загрязнения фотонным пучком. Таким образом, слой загрязнений разрушается на чешуйки, а не поднимается в виде цельной пленки. Нагрев проходит в один цикл, не сопровождаясь фазовыми превращениями ме- талла. Десорбцию используют для удаления ржавчины со сложных рифленых поверхностей и изделий, в которых есть пазы, отверстия либо присутствует декоративная отделка. Различают также сухую и влажную лазерную очистку. При сухой очистке воздействие лазерного извлечения осуществляется непосредственно на обрабатываемую заготовку. При влажной очистке разрушение загрязняющего слоя происходит вследствие нанесения тонкого слоя жидкости с последующим выкипанием его с поверхности материала при лазерном излучении. После прекращения подачи лазерного излучения происходит естественный теплообмен с окружающей средой, а образовавшиеся пузырьки уменьшаются в размере и схлопываются, сбрасывая давление и нанося микроудары по поверхности. Из-за большого количества пузырьков с образовавшимися микроударами возникает ударная волна, разрушающая загрязняемую поверхность [3].

Установка лазерной очистки представляет интерес в качестве метода удаления окалины и поверхностных загрязнений, возникающих на поверхности металла в процессе сварки. Значительную часть времени работы сварщика занимает подготовка металла под сварку и удаление нагара после сварки. Применение данной техно- логии позволит не только сократить время на очистку поверхности металла и сварочного шва, но и позволит более качественно зачищать предыдущие слои при сварке многослойных и многопроходных швах.

Наибольший интерес представляет закрепление установки лазерной очистки на сварочных роботах и автоматах, что позволит повысить качество сварки и устранит необходимость последующей очистки изделия перед покраской. Экспериментальное подтверждение эффективности использование лазерной очистки для сварки многослойных и многопроходных швов будет приведено в последующих статьях.