Лазерную очистку поверхностей начали применять в Германии в конце 1990-х и технология, с тех пор, хорошо зарекомендовала себя в промышленности. В США, например, применение лазерной очистки на сотнях объектов в автомобильной и аэрокосмической промышленности показало высокий потенциал.

Подготовка поверхности промышленных заготовок часто является экономичной альтернативой обычным методам очистки.

В дополнение к низкому потреблению энергии, лазерная очистка не требует каких-либо химических веществ или абразивных материалов. Поэтому она особенно устойчива и экологична.

Во избежание повреждения поверхности заготовок при промышленной очистке используются лазеры с короткими импульсами. В зависимости от интенсивности, длительности импульса и длины волны, технология очистки поверхностей может быть скорректирована. Возможен выбор процесса: от «нежной очистки» до селективного структурирования поверхности. Влияние на обработку заготовок существенно зависит от поглощения обрабатываемым материалом лазерного излучения с конкретной длиной волны (см.рис. 1).

Рис. 1 – Спектр поглощения лазерного излучения различными металлами. Источник:  Laser Zentrum Hannover [LZH]

Металлы имеют высокую отражательную способность для типичной длины волны 1064 nm твердотельных лазеров, в то время как загрязнения и окислы на поверхности металла будут хорошо поглощать такое лазерное излучение.

Таким образом лазерную очистку можно с успехом использовать для удаления органических загрязнений и оксидов с поверхности металла без его повреждения.

Путем подбора параметров лазерной очистки, поверхность металлических материалов в верхнем слое (обычно до 5 мкм) может иметь разную структуру, улучшать коррозийную стойкость легких металлов.

Лазерная очистка обеспечивает высокую точность и воспроизводимость, что существенно снижает затраты в серийном производстве. Объёмы инвестиций в лазерную технологию зачастую во много раз меньше, чем, например, в традиционную очистку химическими растворами. Кроме того, эксплуатационные расходы лазерных машин значительно ниже из-за их низкого потребления энергии (несколько киловатт-часов) и умеренных требований в обслуживании. Экономия получается существенной, особенно, если идет речь о больших объёмах обработки и полностью автоматированных процессах.

Лазерная очистка пригодна для различных промышленных применений, в том числе для предварительной обработки стыков под склеивание и сварку. Точное контурное удаление покрытия, например, обеспечивает хороший электрический контакт, очистку от слоя краски перед нанесением клея, очистку сварных швов и самих деталей перед лакированием или покраской (рис.2).

Рис.2 – Пример качественной лазерной очистки металлических поверхностей

Лазерные головки подключены к мощным лазерам с помощью волоконно-оптические кабелей, а оптические системы разработаны с учётом сложной геометрии заготовок, поступающих на обработку.

Например, оптика серии Share Motion позволяет очистить пазы с вертикальными стенками (см.рис.3). Лазерная головка перемещается вдоль паза соответствующим приводом. Качество и скорость могут быть увеличены, по сравнению с обычными технологиями.

Рис.3 – Лазерная головка на портале установки – со специальной оптикой, для промышленной лазерной очистки

Компания CleanLASER предлагает машины лазерной очистки (см.рис.3), которые могут быть интегрированы непосредственно в конкретное производство благодаря их модульной конструкции и компактному дизайну. Они могут быть адаптированы к требованиям индивидуальных клиентов по мощности лазера, размерам рабочей зоны и загрузке заготовок.

Рис.4 – Компактная мобильная лазерная система LightCASE для очистки в авиации и судостроении

Мобильная компактная лазерная система LightCASE (см.рис.4) используется, например, для очистки сварных швов под неразрушающий контроль в авиации и судостроении. Его 100 Вт-ый лазер оснащён сенсорной панелью. Система уже доказала свою ценность в весьма стесненных условиях эксплуатации — например, в случае зачистки сварных швов под неразрушающий контроль в отсеках подводных лодок.

Рис.5 – Лазерная очистка сварных швов (см. полосы слева и справа от шва)

Сварные швы также обрабатываются лазером. Когда грязь, оксиды, силикаты и шлак находятся на относительно гладкой поверхности шва, они быстро и легко удаляются лазером. Чтобы удалить шлаковую корку, находящаяся иногда в углублениях по краям швов, лазерный луч направляется на поверхность под углом < 90. Таким образом, эти зоны могут быть также очищены качественно и без остатка (см.рис.5). Тоже самое касается окисленной зоны с цветами побежалости при применении дополнительной очистки.

Лазерный процесс заменяет дорогостоящую очистку щеткой, что особенно важно при сварке алюминиевых сплавов или стали. Скорость лазерной очистки – до 10 м/мин. 

Взаимодействие лазерного излучения с поверхностью металлических заготовок не только приводит к модификации поверхности, но и определённым образом характеризует процесс во время обработки. Во время испарения загрязнений и окисных плёнок на обрабатываемой поверхности образуется плазма. В зависимости от интенсивности её излучения возникает возможность эффективного контроля и управления процессом очистки.

Таким образом, минимальные колебания интенсивности свечения плазмы могут быть обнаружены в процессе производства и служат при 100% контроле по различным критериям для оценки качества.

Конечная цель для систем лазерной очистки компании СleanLASER — свести к минимуму издержки и уменьшить нагрузку на окружающую среду. 

Источник: Laser cleaning is cost-effective and reliable / EDWIN BÜCHTER //  Industrial Laser Solutions, NOVEMBER / DECEMBER 2018.- P.16-17   www.industrial-lasers.com

Автор: EDWIN BÜCHTER, Clean-Lasersysteme (СleanLASER), Herzogenrath, Germany; www.cleanlaser.de.

Перевод: Игнатов А.Г.