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激光除锈原理详解

发表时间:2024-01-30 12:00作者:顿磊

在网络上、书上对激光除锈的原理解释有很多种,大部分都过于拗口难理解,什么热效应、光效益、光机械效用、等离子体等复杂概念,很容易把读者绕糊涂,对于普通用户来说没必要深究这些概念,只需要搞懂基本的逻辑,会使用机器就可以了,今天我们就用最简单的语言来解释激光除锈原理。

在除锈中,把材料分成2部分,污染物和基底材料。污染物是锈层,基底材料是金属,激光除锈就是利用激光来去除污染物铁锈层,同时不损伤基底金属。激光的特征是不同波长的激光对不同的物质吸收率不同,只需要选择对锈层吸收率极高的激光,就能实现完美的除锈效果。不同波长的激光对导体、半导体、绝缘体的吸收率差异巨大,比如,波长1064nm的光纤激光对导体材料有较高的吸收率,波长10600nm的二氧化碳激光对绝缘体材料有极高的吸收率,波长532nm的绿光激光对半导体材料有极高的吸收率,波长355nm的紫外激光几乎对所有都能吸收,它是一种冷光源。激光吸收率的特征是:对导体材料吸收率高的激光,往往对绝缘体材料吸收率极低,反之亦然,对绝缘体材料吸收率高的激光,往往对导体材料吸收率较低。对半导体材料吸收率较高的激光,对导体和绝缘体也有一定的吸收率。在激光除锈中,污染物是铁锈层,它既不是导体,也不是绝缘体,它的性质类似于半导体,理论上来说,波长532nm的绿光激光对半导体材料吸收率最高,选择它才是除锈的最佳选择,但它太昂贵了,市场上激光除锈机一般使用光纤激光,它是最便宜的激光,性价比最高的激光,除锈成本最低的激光。

光纤激光除锈的原理是:光纤激光波长是1064nm,它对锈层和基底金属都有较高的吸收率,激光焊接、激光切割都使用光纤激光,这意味着如果操作不当,会损伤基底金属。但好消息是,金属对激光的反射率远远大于锈层,激光总能量=吸收+反射+衍射,锈层对激光的吸收率高达80%以上,金属对激光吸收率不足20%,大部分都被反射浪费了,只有很少的一部分能量被金属吸收,锈层的反射率要低得多,能吸收大部分激光能量,且锈层的气化温度比基底金属要低得多,因此存在一个中间值,能够刚刚去除铁锈而不损伤基底金属,这个值处在一个狭小的空间内。这个空间值用激光能量密度来表示,随着激光能量密度不断升高,刚刚能去除污染物锈层的值叫做清洗阈值,刚刚能损伤基底金属的值叫做损伤阈值,激光能量密度必须处在清洗阈值和损伤阈值的之间。如果激光能量低于清洗阈值,不能气化铁锈,无论扫描多少遍都无法除锈,如果超过损伤阈值,就会在除锈的同时,损伤基底金属。

能够吸收激光能量是激光除锈的基础,除了光纤激光外,二氧化碳激光、紫外激光、绿光激光都对锈层有一定的吸收率,意味着这些激光都能用来除锈,激光除锈机也不仅限于光纤激光一种,它只是激光除锈设备的其中之一而已,在实战中应该根据不同的应用场景选择不同的机器,无论何种激光设备,除锈逻辑都是相同的,确定污染物和基底材料,选择合适的激光,调整合适的激光参数,设计合适的工艺流程,就能达到完美的除锈效果。


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