激光設(shè)備在清洗行業(yè)的應(yīng)用，人們還不夠熟悉和了解。激光清洗技術(shù)是近10年來飛速發(fā)展的一種新型清洗技術(shù)，它以自身的優(yōu)勢和不可替代性在許多領(lǐng)域中逐步取代了傳統(tǒng)清洗工藝。
1．前言
隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，激光技術(shù)已越來越多地應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。從超市的條形碼、激光打印機(jī)到激光美容、治療近視，并已為人們所熟悉。激光設(shè)備用于工業(yè)生產(chǎn)的切割、鉆孔以及焊接也為許多人所了解。但激光設(shè)備在清洗行業(yè)的應(yīng)用，人們還不夠熟悉和了解。激光清洗技術(shù)是近10年來飛速發(fā)展的一種新型清洗技術(shù)，它以自身的優(yōu)勢和不可替代性在許多領(lǐng)域中逐步取代了傳統(tǒng)清洗工藝。下面對激光設(shè)備為什么能夠進(jìn)行清洗？可用于清洗什么？清洗的效率效果如何？作一簡單介紹。
2．激光與清洗
傳統(tǒng)清洗工業(yè)有各種各樣的清洗方式，多是利用化學(xué)藥劑和機(jī)械方法進(jìn)行清洗。在我國環(huán)境保護(hù)法規(guī)要求越來越嚴(yán)格、人們環(huán)保和安全意識日益增強(qiáng)的今天，工業(yè)生產(chǎn)清洗中可以使用的化學(xué)藥品種類將變得越來越少。如何尋找更清潔，且不具損傷性的清洗方式是我們不得不考慮的問題。而激光清洗具有無研磨、非接觸、無熱效應(yīng)和適用于各種材質(zhì)的物體等清洗特點(diǎn)，被認(rèn)為是最可靠、最有效的解決辦法。同時，激光清洗可以解決采用傳統(tǒng)清洗方式無法解決的問題。例如，工件表面粘有亞微米級的污染顆粒時，這些顆粒往往粘得很緊，常規(guī)的清洗辦法不能夠?qū)⑺コ?，而用納米激光輻射工件表面進(jìn)行清洗則非常有效。還由于激光對工件是無接觸清洗，對精密工件或其精細(xì)部位清洗十分安全，可以確保其精度。所以激光清洗在清洗行業(yè)中獨(dú)具優(yōu)勢。
激光為什么能夠用來清洗？為什么對被清洗物體不會造成損害呢？首先了解一下激光的本質(zhì)。簡單來說，激光和在我們身邊的如影隨形般的光線(可見光和不可見光)沒有什么不同，只不過激光是利用諧振腔把光聚集在同一個方向上，并且有較單純的波長，協(xié)調(diào)性等性能更好，因此理論上所有波長的光都可以用來形成激光，但實(shí)際上受限于能夠激發(fā)的介質(zhì)不多，因此能夠產(chǎn)生穩(wěn)定且適合工業(yè)生產(chǎn)的激光光源相當(dāng)有限。被廣泛使用的大概也就是Nd:YAG激光、二氧化碳激光和準(zhǔn)分子激光。由于Nd：YAG激光可以通過光纖傳輸更適合工業(yè)應(yīng)用，因此在激光清洗中也多被采用。
3．激光表面清洗的優(yōu)點(diǎn)
與機(jī)械摩擦清洗、化學(xué)腐蝕清洗、液體固體強(qiáng)力沖擊清洗、高頻超聲清洗等傳統(tǒng)清洗方法相比，激光清洗具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。
3.1 激光清洗是一種”綠色”的清洗方法，不需使用任何化學(xué)藥劑和清洗液，清洗下來的廢料基本上都是固體粉末，體積小，易于存放，可回收，可以輕易解決化學(xué)清洗帶來的環(huán)境污染問題；
3.2 傳統(tǒng)的清洗方法往往是接觸式清洗，對清洗物體表面有機(jī)械作用力，損傷物體的表面或者清洗的介質(zhì)附著于被清洗物體的表面，無法去除，產(chǎn)生二次污染，激光清洗的無研磨和非接觸性使這些問題迎刃而解；
3.3 激光可以通過光纖傳輸，與機(jī)器手和機(jī)器人相配合，方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，能清洗傳統(tǒng)方法不易達(dá)到的部位，這在一些危險的場所使用可以確保人員的安全；
3.4 激光清洗能夠清除各種材料表面的各種類型的污染物，達(dá)到常規(guī)清洗無法達(dá)到的清潔度。而且還可以在不損傷材料表面的情況下有選擇性地清洗材料表面的污染物；
3.5 激光清洗效率高，節(jié)省時間；
3.6 購買激光清洗系統(tǒng)雖然前期一次性投入較高，但清洗系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定使用，運(yùn)行成本低，每小時的運(yùn)行費(fèi)用僅為人民幣8元左右，更重要的是可以方便地實(shí)現(xiàn)自動化操作。
4．激光表面清洗的原理
脈沖式的Nd:YAG激光清洗的過程依賴于激光器所產(chǎn)生的光脈沖的特性，基于由高強(qiáng)度的光束、短脈沖激光及污染層之間的相互作用所導(dǎo)致的光物理反應(yīng)。其物理原理可概括如下：
a) 激光器發(fā)射的光束被需處理表面上的污染層所吸收。
b) 大能量的吸收形成急劇膨脹的等離子體(高度電離的不穩(wěn)定氣體)，產(chǎn)生沖擊波。
c) 沖擊波使污染物變成碎片并被剔除。
d) 光脈沖寬度必須足夠短，以避免使被處理表面遭到破壞的熱積累。
e) 實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)金屬表面上有氧化物時，等離子體產(chǎn)生于金屬表面。
等離子體只在能量密度高于閾值的情況下產(chǎn)生，這個閾值取決于被去除的污染層或氧化層。這個閾值效應(yīng)對在保證基底材料安全的情況下進(jìn)行有效清潔非常重要。等離子體的出現(xiàn)還存在第二個閾值。如果能量密度超過這一閾值，則基底材料將被破壞。為在保證基底材料安全的前提下進(jìn)行有效的清潔，必須根據(jù)情況調(diào)整激光參數(shù)，使光脈沖的能量密度嚴(yán)格處于兩個閾值之間。
每個激光脈沖去除一定厚度的污染層。如果污染層比較厚，則需要多個脈沖進(jìn)行清洗。將表面清洗干凈所需要的脈沖數(shù)量取決于表面污染程度。由兩個閾值產(chǎn)生的一個重要結(jié)果是清洗的自控性。能量密度高于第一閾值的光脈沖將一直剔除污染物，直到達(dá)到基底材料為止。然而，因?yàn)槠淠芰棵芏鹊陀诨撞牧系钠茐拈撝?，所以基底不會受到破壞?br/> 激光清洗不但可以用來清洗有機(jī)的污染物，也可以用來清洗無機(jī)物，包括金屬的銹蝕、金屬微粒、灰塵等。下面介紹一些實(shí)際應(yīng)用情況，這些技術(shù)已非常成熟，已被廣泛應(yīng)用。
隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，激光技術(shù)已越來越多地應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域。從超市的條形碼、激光打印機(jī)到激光美容、治療近視，并已為人們所熟悉。激光設(shè)備用于工業(yè)生產(chǎn)的切割、鉆孔以及焊接也為許多人所了解。但激光設(shè)備在清洗行業(yè)的應(yīng)用，人們還不夠熟悉和了解。激光清洗技術(shù)是近10年來飛速發(fā)展的一種新型清洗技術(shù)，它以自身的優(yōu)勢和不可替代性在許多領(lǐng)域中逐步取代了傳統(tǒng)清洗工藝。下面對激光設(shè)備為什么能夠進(jìn)行清洗？可用于清洗什么？清洗的效率效果如何？作一簡單介紹。
2．激光與清洗
傳統(tǒng)清洗工業(yè)有各種各樣的清洗方式，多是利用化學(xué)藥劑和機(jī)械方法進(jìn)行清洗。在我國環(huán)境保護(hù)法規(guī)要求越來越嚴(yán)格、人們環(huán)保和安全意識日益增強(qiáng)的今天，工業(yè)生產(chǎn)清洗中可以使用的化學(xué)藥品種類將變得越來越少。如何尋找更清潔，且不具損傷性的清洗方式是我們不得不考慮的問題。而激光清洗具有無研磨、非接觸、無熱效應(yīng)和適用于各種材質(zhì)的物體等清洗特點(diǎn)，被認(rèn)為是最可靠、最有效的解決辦法。同時，激光清洗可以解決采用傳統(tǒng)清洗方式無法解決的問題。例如，工件表面粘有亞微米級的污染顆粒時，這些顆粒往往粘得很緊，常規(guī)的清洗辦法不能夠?qū)⑺コ?，而用納米激光輻射工件表面進(jìn)行清洗則非常有效。還由于激光對工件是無接觸清洗，對精密工件或其精細(xì)部位清洗十分安全，可以確保其精度。所以激光清洗在清洗行業(yè)中獨(dú)具優(yōu)勢。
激光為什么能夠用來清洗？為什么對被清洗物體不會造成損害呢？首先了解一下激光的本質(zhì)。簡單來說，激光和在我們身邊的如影隨形般的光線(可見光和不可見光)沒有什么不同，只不過激光是利用諧振腔把光聚集在同一個方向上，并且有較單純的波長，協(xié)調(diào)性等性能更好，因此理論上所有波長的光都可以用來形成激光，但實(shí)際上受限于能夠激發(fā)的介質(zhì)不多，因此能夠產(chǎn)生穩(wěn)定且適合工業(yè)生產(chǎn)的激光光源相當(dāng)有限。被廣泛使用的大概也就是Nd:YAG激光、二氧化碳激光和準(zhǔn)分子激光。由于Nd：YAG激光可以通過光纖傳輸更適合工業(yè)應(yīng)用，因此在激光清洗中也多被采用。
3．激光表面清洗的優(yōu)點(diǎn)
與機(jī)械摩擦清洗、化學(xué)腐蝕清洗、液體固體強(qiáng)力沖擊清洗、高頻超聲清洗等傳統(tǒng)清洗方法相比，激光清洗具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。
3.1 激光清洗是一種”綠色”的清洗方法，不需使用任何化學(xué)藥劑和清洗液，清洗下來的廢料基本上都是固體粉末，體積小，易于存放，可回收，可以輕易解決化學(xué)清洗帶來的環(huán)境污染問題；
3.2 傳統(tǒng)的清洗方法往往是接觸式清洗，對清洗物體表面有機(jī)械作用力，損傷物體的表面或者清洗的介質(zhì)附著于被清洗物體的表面，無法去除，產(chǎn)生二次污染，激光清洗的無研磨和非接觸性使這些問題迎刃而解；
3.3 激光可以通過光纖傳輸，與機(jī)器手和機(jī)器人相配合，方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，能清洗傳統(tǒng)方法不易達(dá)到的部位，這在一些危險的場所使用可以確保人員的安全；
3.4 激光清洗能夠清除各種材料表面的各種類型的污染物，達(dá)到常規(guī)清洗無法達(dá)到的清潔度。而且還可以在不損傷材料表面的情況下有選擇性地清洗材料表面的污染物；
3.5 激光清洗效率高，節(jié)省時間；
3.6 購買激光清洗系統(tǒng)雖然前期一次性投入較高，但清洗系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定使用，運(yùn)行成本低，每小時的運(yùn)行費(fèi)用僅為人民幣8元左右，更重要的是可以方便地實(shí)現(xiàn)自動化操作。
4．激光表面清洗的原理
脈沖式的Nd:YAG激光清洗的過程依賴于激光器所產(chǎn)生的光脈沖的特性，基于由高強(qiáng)度的光束、短脈沖激光及污染層之間的相互作用所導(dǎo)致的光物理反應(yīng)。其物理原理可概括如下：
a) 激光器發(fā)射的光束被需處理表面上的污染層所吸收。
b) 大能量的吸收形成急劇膨脹的等離子體(高度電離的不穩(wěn)定氣體)，產(chǎn)生沖擊波。
c) 沖擊波使污染物變成碎片并被剔除。
d) 光脈沖寬度必須足夠短，以避免使被處理表面遭到破壞的熱積累。
e) 實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)金屬表面上有氧化物時，等離子體產(chǎn)生于金屬表面。
等離子體只在能量密度高于閾值的情況下產(chǎn)生，這個閾值取決于被去除的污染層或氧化層。這個閾值效應(yīng)對在保證基底材料安全的情況下進(jìn)行有效清潔非常重要。等離子體的出現(xiàn)還存在第二個閾值。如果能量密度超過這一閾值，則基底材料將被破壞。為在保證基底材料安全的前提下進(jìn)行有效的清潔，必須根據(jù)情況調(diào)整激光參數(shù)，使光脈沖的能量密度嚴(yán)格處于兩個閾值之間。
每個激光脈沖去除一定厚度的污染層。如果污染層比較厚，則需要多個脈沖進(jìn)行清洗。將表面清洗干凈所需要的脈沖數(shù)量取決于表面污染程度。由兩個閾值產(chǎn)生的一個重要結(jié)果是清洗的自控性。能量密度高于第一閾值的光脈沖將一直剔除污染物，直到達(dá)到基底材料為止。然而，因?yàn)槠淠芰棵芏鹊陀诨撞牧系钠茐拈撝?，所以基底不會受到破壞?br/> 激光清洗不但可以用來清洗有機(jī)的污染物，也可以用來清洗無機(jī)物，包括金屬的銹蝕、金屬微粒、灰塵等。下面介紹一些實(shí)際應(yīng)用情況，這些技術(shù)已非常成熟，已被廣泛應(yīng)用。
