
在我國環境保護法規要求越來越嚴格、人們環保和安全意識日益增強的今天,激光清洗由于具有非接觸、較小的熱效應、無耗材和適用于各種材質等清洗特點,被認為是最環保、最可靠、最有效的解決辦法。
但如此高能的激光束若用來進行清洗,會不會對基體造成損傷?
對于上述問題的解答就要從激光清洗的本質開始說起。下面將從廣泛應用于激光清洗的脈沖激光清洗原理進行介紹。
1.高能脈沖光束單個脈沖的作用時間極短,僅被基材表面上的污染物所吸收。
單個脈沖作用的時間僅為納秒(1ns=1×10-9 s),
人眨眼時間約0.2s,眨眼功夫時間是單個脈沖激光作用時間的2億倍。
2.大能量的吸收使污染物周圍形成急劇膨脹的等離子體(高度電離的不穩定氣體),產生沖擊波,沖擊波使污染物變成碎片并被剔除。
激光清洗并非全靠瞬時的熱作用,而且氣化、相爆破、振動等多重機制共同作用。
3.該等離子體只有在激光能量密度高于一定起始清洗閾值時才會產生,繼而污染物開始被清除;而當激光能量密度高于另一損傷閾值時,基體會發生破壞。因此可以通過調整激光參數,使光脈沖的能量密度嚴格處于清洗閾值和損傷閾值之間,即可在達到有效清洗的同時保證基體不受損傷。
另一方面從材料學角度而言,以激光清洗應用最廣泛的鋼材舉例,鋼鐵材料組織要發生變化需要達到相應的相變溫度,若要形成表面淬硬效果,對于常規碳鋼需加熱到860℃以上,并且保溫一定時間。對于馬氏體組織若是要形成回火效果,需在200℃左右保溫一定時間。實際激光清洗是瞬間完成的,正是這種特點使得激光清洗能有效避免金屬材料發生機械性能或硬度變化。
表1 EH36碳鋼化學元素
元素C Mn Si S P Fe
含量≤0.18 0.9-1.60≤0.50≤0.035≤0.035余量
圖1 EH36碳鋼激光清洗前后金相組織對比
如針對EH36碳鋼采用翔明激光HST-1000型清洗機清洗后,觀察其截面組織未發生轉變,因此通過合理控制工藝窗口,利用其超高頻率、超短作用時間而實現無損加工,不會對清洗對象的表面形貌、截面金相組織造成影響,能清洗對象的原始特性。
結合翔明激光自主開發的特殊掃描軌跡及能量動態匹配控制模塊,可以實現真正的無損清洗。