激光清洗技術原理以及在高端制造業的應用解析

陳思博

摘 要： 激光清洗是近年來快速發展的一種新型表面處理技術，相對于傳統表面清洗方式，激光清洗技術具有高清潔度、高效率、低成本、清洗不損傷零部件、環保、安全可靠等優點，現已逐步應用于高端制造業、精密產品的維修和保養等方面。

關鍵詞： 激光清洗；原理；應用

1 引言

在高端制造業，工業制品在電鍍、磷化、噴涂、焊接以及裝配時，為保證工件的質量，必須除去產品表面的污垢、油脂、灰塵、鐵銹等污染物，目前最常用的表面清洗方式是機械清洗法和化學清洗法，隨著我國環境保護法規要求越來越嚴格以及產品不斷向精密化、高端化發展，傳統的清洗方法已經無法滿足產品表面高清潔度、高效率、低成本、高環保的清洗要求。

為滿足高端制造業越來越高的表面清洗需求，激光清洗技術應運而生，激光清洗技術因具有無作用力、無化學反應、無熱效應和適用于各種材質等清洗特點，被認為是最可靠、最有效的表面處理技術。

2 激光清洗技術的原理

激光清洗技術主要利用了激光的以下特性：

1）激光通過透鏡可以實現能量的高度集中，聚焦的激光束在焦點附件可產生幾千度甚至幾萬度的高溫，使污垢瞬間蒸發、氣化或分解。

2）激光束的發射角小，方向性好，通過聚光系統可以使激光束聚集成不同直徑的光斑。在激光束能量相同的條件下，控制不同直徑的激光束光斑可以調整激光的能量密度，當污垢受熱膨脹的膨脹力大于污垢對基體的吸附力時，污垢便會脫離物體的表面。

3）激光光束可以通過在固體表面產生超聲波，產生力學共振，使污垢破碎脫落。

激光清洗技術正是利用了上述激光的特性從而達到清洗的目的，根據被清洗基體與被清除污垢的光學特性，可以將激光清洗機理分為兩大類：

一類是被清洗的母材與表面附著物對某一波長激光能量的吸收系數具有很大差別情況的清洗方法。這種情況激光應選取表面附著物吸收系數最大的波長，當該波長的激光輻射到母材表面時，大部分激光能量被表面附著物所吸收，附著物受熱瞬間膨脹，附著力急劇下降自動脫落或氣化蒸發，從而達到清洗目的。

另一類是被清洗母材與表面附著物的激光能量吸收系數差別不大，或表面附著物受熱會形成酸性蒸汽、或表面附著物受熱后會產生有毒物質等情況的清洗方法。該類方法通常是利用高功率高重復率的脈沖激光沖擊被清洗的母材表面，使部分光束轉化成聲波，聲波擊中下層硬表面后，返回的部分與激光產生的入射聲波發生干涉，產生高能波，使表面附著物發生小范圍的爆炸，附著物被壓成粉末，再被真空泵清除，而底下的母材卻不會損傷。

3 激光清洗技術的優點

與傳統的機械清洗法、化學清洗法相比較，激光清洗技術有以下優點：

1）效果優勢：傳統的清洗方法是接觸式清洗，存在易損傷物體表面、清洗不徹底或清洗的介質產生二次污染等缺點。激光清洗可以在不損傷物體表面的情況下高清潔度進行清洗，無污物殘留。

2）環保優勢：激光清洗是利用脈沖激光輻射去污，不使用任何溶劑，不產生附加物質，無光化學反應，而且避免了機械清洗產生的噪聲，可以輕易的解決化學清洗帶來的環境污染問題。

3）控制優勢：激光可以通過光纖傳輸，方便實現遠距離操作，能清洗傳統方法不易達到或危險的地方。

4）便捷優勢：激光清洗技術通過選取不同的激光功率和脈沖頻率能夠清除各種材料表面的各種類型的污染物，達到較高的清潔度，而且還可以有選擇性地清洗母材表面的污染物。

5）成本優勢：激光清洗速度快、效率高、運行成本低，對于流水作業生產可以節省大量時間，而且激光清洗設備易實現自動化操作，進一步提高生產效率。

4 激光清洗在高端制造業中的應用

4.1 高端制造業生產過程中的表面清洗

高端產品在電鍍、磷化、噴涂、焊接、裝配生產時，必須除去產品表面的油脂、灰塵、銹垢等污染物，用傳統的化學清洗工藝和機械清洗工藝進行清洗，操作不便，所需時間長，生產效率低，而且機械清洗易損傷產品表面，化學清洗具有時效性（化學清洗后要求24h內進行下道工作，否則應重新清洗）。采用激光清洗技術，可以實時、高效、快捷、選擇性地清除產品表面的各類污染物，而且激光清洗的清潔度高于傳統清洗工藝。同時激光清洗技術也可用于清除各類原材料、零部件、工裝夾具由于長時間存放或使用后出現的銹蝕、腐蝕缺陷。

4.2 高端制造產品的維護保養

高端制造產品經過一段時間使用或存放后需進行維護保養，工作量最大的就是表面重新噴漆保養，噴漆之前需要將原來的舊漆完全去除，現階段采用的方式為溶劑清洗和機械清洗，存在勞動強度大、效率低、清洗不干凈，溶劑、汽油、酒精危害職工身體健康，易對產品表面造成損傷等缺陷，若采用激光清洗技術，可以高效的有選擇性的對產品表面舊漆進行清理。同時激光清洗技術在產品后期維修過程中可以選擇性的對需返修部位表面進行清理。

5 總結與展望

激光清洗技術相對于傳統的清洗技術而言不論是在在經濟效益、清洗效果還是“綠色工程”方面有很大的優勢，具有廣闊的市場前景。隨著產品不斷向高、精、尖方面發展，激光清洗技術將不斷普及和應用。

參考文獻

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