在我国环境保护法规要求越来越严格、人们环保和安全意识日益增强的今天,激光清洗由于具有非接触、较小的热效应、无耗材和适用于各种材质等清洗特点,被认为是最环保、最可靠、最有效的解决办法。
但如此高能的激光束若用来进行清洗,会不会对基体造成损伤?
对于上述问题的解答就要从激光清洗的本质开始说起。下面将从广泛应用于激光清洗的脉冲激光清洗原理进行介绍。
1.高能脉冲光束单个脉冲的作用时间极短,仅被基材表面上的污染物所吸收。
单个脉冲作用的时间仅为纳秒(1ns=1×10-9 s),
人眨眼时间约0.2s,眨眼功夫时间是单个脉冲激光作用时间的2亿倍。
2.大能量的吸收使污染物周围形成急剧膨胀的等离子体(高度电离的不稳定气体),产生冲击波,冲击波使污染物变成碎片并被剔除。
激光清洗并非全靠瞬时的热作用,而且气化、相爆破、振动等多重机制共同作用。
3.该等离子体只有在激光能量密度高于一定起始清洗阈值时才会产生,继而污染物开始被清除;而当激光能量密度高于另一损伤阈值时,基体会发生破坏。因此可以通过调整激光参数,使光脉冲的能量密度严格处于清洗阈值和损伤阈值之间,即可在达到有效清洗的同时保证基体不受损伤。
另一方面从材料学角度而言,以激光清洗应用最广泛的钢材举例,钢铁材料组织要发生变化需要达到相应的相变温度,若要形成表面淬硬效果,对于常规碳钢需加热到860℃以上,并且保温一定时间。对于马氏体组织若是要形成回火效果,需在200℃左右保温一定时间。实际激光清洗是瞬间完成的,正是这种特点使得激光清洗能有效避免金属材料发生机械性能或硬度变化。
表1 EH36碳钢化学元素
元素C Mn Si S P Fe
含量≤0.18 0.9-1.60≤0.50≤0.035≤0.035余量
图1 EH36碳钢激光清洗前后金相组织对比
如针对EH36碳钢采用翔明激光HST-1000型清洗机清洗后,观察其截面组织未发生转变,因此通过合理控制工艺窗口,利用其超高频率、超短作用时间而实现无损加工,不会对清洗对象的表面形貌、截面金相组织造成影响,能清洗对象的原始特性。
结合翔明激光自主开发的特殊扫描轨迹及能量动态匹配控制模块,可以实现真正的无损清洗。