Лазерная очистка поверхности металла: принцип, преимущества и недостатки, технология

Лазерная очистка поверхности металла обладает способностью удалять загрязнения экологичным способом без механического повреждения, изменения химического или структурного состава материала. Станок для лазерной очистки металла от ржавчины и прочих загрязнений стоит относительно недорого, прост в установке и эксплуатации.

Очистка с помощью лазера выполняется без химических реагентов, радиоактивного излучения, воды. Лазерный очиститель способен удалить поверхностную смолу, старое въевшееся машинное масло, пятна, окислы, ржавчину, остатки краски, гальванику, оксиды. Оборудование для очистки применяется в различных отраслях промышленности, на крупных и малых производствах, в судостроении, мастерских по ремонту автомобилей, на строительных объектах.

Как работает лазерная очистка металла

Станок для лазерной очистки состоит из трех основных частей – лазера, операционной системы и станины. Источник питания включает установку и управляет рабочим состоянием. Обрабатываемый материал для очистки помещается на рабочую поверхность, настраивается фокусировка, на системе управления задаются нужные параметры. И места загрязнения облучаются лазером до полного удаления.

В основе принципа лазерной очистки металла лежит оптический сканер, который применяется для перемещения направленного луча лазера по обрабатываемой поверхности. Лазерное удаление ржавчины и прочих загрязнений на металле основано на принципе лазерной абляции.

Лазерный луч при взаимодействии с посторонним материалом на металлической основе поглощает энергию покрытия и сильно нагревается до порога абляции, при котором разрываются молекулярные связи. В результате покрытие отделяется от металла и рассыпается на мельчайшие частицы, которые удалятся механически или испаряются.

Для очистки важно правильно подобрать мощность и диаметр лазера, длину волны, частоту повторения, скорость сканирования так, чтобы удалялся только слой загрязнения, а металл оставался без деформации. В лазерных очистителях все параметры правильной точки абляции можно контролировать с точностью до микрометра, благодаря чему не повреждается металлическая поверхность во время очистки.

Какие типы лазеров подходят для очистки металлической поверхности

В лазерных очистителях чаще используются для очистки от ржавчины оптоволоконные лазеры, которые работают в диапазоне ближней инфракрасной длины волны. Возможность передачи лазерного луча через оптическое волокно обеспечивает интеграцию как в портативные системы очистки, так и в крупные очистительные системы с автоматическим управлением. Короткая длительность импульсов минимизирует тепловое воздействие на металл. И можно повышать мощность тепловой энергии для удаления толстых слоев загрязнений без риска повредить основание.

Лазерный очиститель с иттриево-алюминиевым гранатом повышают гибкость процесса очистки по сравнению с абразионными веществами. Твердотельные лазеры применяются чаще для удаления с поверхности плесени, растительности, биологических загрязнений.

При использовании для очистки CO2-лазеров сложнее добиться равномерного распределения энергии. Но на больших поверхностях чаще применяются лазеры выходной мощностью в несколько киловатт на углекислом газе.

Преимущества и недостатки очистки металла лазером

Эта технология на сегодняшний день считается наиболее эффективным способом удаления ржавчины и прочих загрязнений с металлических поверхностей.

Плюсы от приобретения очистительного лазерного оборудования:

• Экономия в долгосрочной перспективе. Первоначальные затраты на покупку лазерного очистительного станка могут показаться высокими. Но автоматизация процесса, отсутствие необходимости использования для очистки защитных средств, расходных материалов, простое техническое обслуживание в результате приводят к минимизации дополнительных расходов.
• Экологичность. Лазерные установки не требуют применения химических средств, не распространяют в воздухе мелкие частицы пыли, не выделают загрязняющих и радиоактивных веществ. В результате не оказывают неблагоприятного воздействия на окружающую среду.
• Сокращение времени простоя. Лазерному станку не требуется длительная очистка, регулярное техобслуживание, заправка расходными материалами. Благодаря непрерывному циклу работы повышается производительность.
• Автоматизация процесса. При работе лазерной установке не требуется человеческая сила. Машиной дистанционно управляет оператор. Это сокращает трудозатраты на очистку и уменьшает вероятность травмирования на рабочем месте.
• Точность работы. Лазер может обрабатывать поверхность избирательно, что позволяет фокусироваться даже на небольшом пятне без воздействия на основной материал.

Минусом технологии очистки лазером является некоторая сложность определения порогов абляции между слоем ржавчины и поверхностью металла. При неправильно выбранной мощности очистки на металлической поверхности могут образовываться микротрещины, возникающие при задевании лазерными лучами. Поэтому для работы на установке оператор должен пройти специальное обучение.

Где применяется лазерная очистка металла

Технология очистки металла лазером – метод достаточно новый, но с каждым годом становится все более популярным благодаря высокой эффективности обработки, низкой вероятности повреждения основы, отсутствию токсичности. Лазерные очистители нашли применение во многих областях промышленности.

Крупные лазерные установки для очистки используются на заводах по производству металлоконструкций. Под воздействием влаги хранящиеся на складах запасы металла покрываются ржавчиной и оказываются непригодны для обработки без предварительной очистки. Лазерные станки используются для очистки ржавчины без ущерба для металла.

Поскольку лазерные лучи способны фокусироваться на минимальных участках, можно точечно удалять краску. Это свойство используется при ошибке в маркировке, которую легко исправить, затерев неправильную надпись. Также технология очистки применяется, когда требуется удалить поврежденную краску с металлических деталей.

Удаление краски на основе хрома или свинца раньше было не только трудоемким, но и опасным процессом для здоровья. Теперь же при участии лазера слои старой краски удаляются без прямого участия людей и без выделения в окружающую среду вредных веществ.

Данный метод широко применяется в промышленной очистке поверхности стали и алюминия, которые довольно быстро накапливают загрязнения. Лазерные лучи воздействуют на жир, масло, гидраты, грунтовку, обеспечивая полную очистку металлов перед сваркой или пайкой. Особенно важен этот процесс для изготовления прецизионных инструментов, деталей в кораблестроении, автомобильной промышленности. Лазер также используется для очистки от термических пятен и остатков сварки с готового материала.

В аэрокосмической и морской промышленности ограничено применение химических растворителей. Большие корпуса самолетов и судов могут быть эффективно очищены от краски, растительности, ржавчины, водорослей во время регулярного технического обслуживания транспорта с использованием лазерных технологий. В нефтегазовой промышленности на трубопроводе со временем образуются разные наросты, которые необходимо удалять для обеспечения бесперебойной работы. Лазерные очистители работают удаленно с помощью автоматизированных роботов.

В медицинской и фармацевтической промышленности лазеры помогают очищать от коррозии и биологических загрязнений системы паровых стерилизаторов, корпусов реакторов, мешалок, систем воздушной очистки, резервуаров для хранения, врачебных инструментов. Особенно важны технологии лазерной очистки при реставрации ценных произведений искусства, старинных мостов, изгородей, памятников, которые могут быть покрыты не только ржавчиной, но и толстым слоем пыли, сажи, копоти.