Investigación de tecnología de limpieza láser de superficies de acero inoxidable
Este documento presenta el concepto y el principio básico de la tecnología de limpieza por láser, y utiliza el método experimental para estudiar el efecto de la limpieza por láser de la superficie de acero inoxidable. La prueba muestra que la tecnología de limpieza de superficies con láser puede eliminar rápidamente el color de oxidación de las soldaduras de acero inoxidable y la zona afectada por el calor, así como la pintura y el óxido en la superficie de acero inoxidable, y puede formar una nueva capa de pasivación.
Principio básico de la tecnología de limpieza láser
La tecnología de limpieza láser se refiere al uso de la superficie de trabajo de irradiación de rayos láser de alta energía, de modo que la superficie de la suciedad, las manchas de óxido o los revestimientos se evaporan o se pelan instantáneamente, la eliminación efectiva a alta velocidad de la adhesión de la superficie del objeto de limpieza o el revestimiento de la superficie, por lo que como para lograr un proceso limpio.
Los láseres, junto con los haces de electrones y los haces de iones, se conocen colectivamente como haces de alta energía. La característica común es que los haces llevan mucha energía para transmitir en el espacio. Al enfocar, la irradiación con una densidad de potencia de 104-1015W/cm² se puede obtener cerca del punto focal, que es la fuente de calor con mayor intensidad. . El láser tiene las características de alto brillo, alta directividad, alta monocromaticidad y alta coherencia, que no tienen comparación con las fuentes de luz ordinarias. Usando el alto brillo del láser, después de ser enfocado por la lente, se puede generar una temperatura de miles o incluso decenas de miles de grados cerca del foco. La alta directividad del láser permite que el láser se transmita de manera eficiente a largas distancias. La monocromaticidad del láser es extremadamente alta y la longitud de onda es única, lo que favorece el enfoque y la selección de la longitud de onda. La luz láser emitida por el láser se transmite desde la fibra óptica a la lente de enfoque y, después de enfocar, llega a la superficie de la pieza de trabajo que se va a limpiar desde el orificio interior de la boquilla. Normalmente se utiliza una boquilla, con la ayuda de una boquilla de pequeño orificio coaxial con el láser para soplar un gas a presión en la zona de limpieza. El gas es proporcionado por la fuente de gas auxiliar y su función principal es evitar que la lente se contamine con salpicaduras y humo, purificar la superficie de la pieza de trabajo y fortalecer el efecto térmico del láser y el material.
Como se muestra en la Figura 1, después de absorber la energía del láser, los contaminantes en la superficie del objeto se vaporizan y volatilizan, o se calientan y expanden instantáneamente para vencer la fuerza de adsorción de la superficie sobre las partículas, para que puedan separarse. de la superficie del objeto, logrando así el propósito de limpieza. En la actualidad, existen algunos desacuerdos sobre el mecanismo de limpieza con láser, pero la mayoría de los mecanismos pueden explicar razonablemente algunos fenómenos en los experimentos de limpieza con láser, que generalmente incluyen descomposición por vaporización con láser, descamación con láser, expansión térmica de partículas de suciedad, vibración de la superficie del sustrato y. son cuatro aspectos de la vibración de partículas; además, la limpieza con láser es a menudo el resultado de la acción simultánea de múltiples mecanismos.
Figura 1 Principio de la limpieza con láser
El mecanismo de limpieza láser de acuerdo con la adhesión de la superficie y los parámetros termofísicos del sustrato varían en tamaño. Cuando la adhesión a la superficie y los parámetros termofísicos del material del sustrato difieren significativamente, el mecanismo de limpieza por láser incluye: vaporización por ablación, mecanismo de vibración térmica y choque térmico y mecanismo de rotura acústica, como pintura de limpieza por láser y capa de goma. Cuando la adhesión a la superficie y los parámetros termofísicos del material del sustrato no difieren, principalmente el mecanismo de vaporización por ablación está en acción, como la eliminación de óxido con láser.
Investigación de prueba de limpieza de superficie de soldadura de acero inoxidable
La producción en masa a largo plazo de mi empresa de la carrocería de acero inoxidable T4003 del vehículo, y la mayor parte de la carrocería de acero inoxidable, materiales de acero inoxidable en la soldadura, piezas locales debido a la brecha de ensamblaje es muy pobre, lo que resulta en una gran entrada de calor, especialmente cuando El uso de una placa delgada de aproximadamente 3 mm conducirá a la oxidación de la superficie cerca de la soldadura de acero inoxidable y la soldadura posterior, lo que destruirá la capa de pasivación original del material, por lo que la resistencia a la corrosión del material se reducirá o incluso fallará. Algunos productos con apariencia de acero inoxidable no requieren pintura o barniz de color transparente, la oxidación excesiva causada por la diferencia de color afectará seriamente la belleza general del vehículo. La sobreoxidación de la soldadura de acero inoxidable ocurre principalmente en la superficie exterior del cuerpo, como la pared lateral, la placa de la pared lateral inferior y otras partes, especialmente las partes de conexión de la pared lateral y la placa de la pared final (banda transversal de la pared final), como se muestra en Figura 2.
Figura 2 Cuerpo de acero inoxidable superficie exterior soldadura zona afectada por el calor oxidación excesiva
De acuerdo con las recomendaciones de la norma AWS D18.2 y la norma AS 1554.6, se permite que la superficie de la soldadura y la zona afectada por el calor tengan óxidos de color pajizo claro, y las muestras 1~3 en la Figura 3, azul, marrón y negro los óxidos no cumplen los requisitos. Además de la oxidación de la soldadura, el cuerpo de acero inoxidable en la producción de óxido local u otros contaminantes y otros problemas, el proyecto pretende verificar el uso de la tecnología de limpieza de superficies con láser para eliminar la oxidación excesiva y el óxido y otras impurezas en la superficie del acero inoxidable. acero, y la resistencia a la corrosión de la superficie tratada a través del método de prueba.
Figura 3 Muestras de decoloración por oxidación de zonas afectadas por calor y soldaduras de acero inoxidable (AWS D18.2:2009)
(1) El proceso de prueba selecciona un dispositivo de limpieza láser portátil de 65 W, a través del ajuste de parámetros, se pueden obtener diferentes efectos, diferentes efectos de tratamiento bajo diferentes parámetros se muestran en la Figura 4, a través de varias pruebas, para lograr el estado de superficie ideal, parámetro razonable los ajustes son los siguientes:
① Potencia láser: 65W.
② Coincidencia puntual: 1.2.
③ Ancho de pulso: 30~240ns.
④ Energía de pulso: {{0}}.1~ 0.8mJ, energía óptima 0.1~0.2mJ.
Figura 4 Prueba de limpieza de superficie de muestra de acero inoxidable
(2) Los resultados de la prueba pudieron eliminar toda la capa de óxido de la soldadura y la zona afectada por el calor después del tratamiento con el dispositivo de limpieza láser bajo los parámetros anteriores, como se muestra en la Figura 5~Figura 7.
Figura 5 Comparación antes y después de la limpieza de soldaduras a tope
Figura 6 Comparación del antes y después de la limpieza frontal de soldaduras de filete
Figura 7 Comparación de antes y después de limpiar la parte posterior de la soldadura de filete
De acuerdo con el estado de la superficie tratada sobre la diferencia en la tasa de absorción de la luz, al ajustar la longitud de onda y otros parámetros, el láser no solo puede limpiar la capa de óxido de la superficie metálica, sino también limpiar rápidamente el óxido y la pintura de la superficie de acero inoxidable (consulte la Figura 8 ~ Figura 9)
Figura 8 Limpieza de óxido de la viga lateral superior
Figura 9 Limpieza de barniz
La limpieza de la superficie con láser no solo puede eliminar por completo la capa de óxido de la soldadura y la zona afectada por el calor, sino también formar una nueva capa de pasivación para evitar la oxidación nuevamente. Para verificar la resistencia a la corrosión de la nueva capa de pasivación, se realizó una prueba de comparación de la resistencia a la corrosión en ambientes naturales y simulados. La prueba se llevó a cabo mediante limpieza láser local de dos placas de prueba, que se almacenaron en diferentes ambientes durante un período de tiempo para observar la situación de oxidación. La situación de la corrosión se muestra en la Figura 10: la placa de prueba 1 se colocó en un entorno abierto al aire libre durante 6 meses y se observó que había muchos rastros de óxido en la superficie sin limpiar, mientras que la superficie solo estaba ligeramente oxidada después de la limpieza con láser. . La placa de prueba 2 se colocó en el interior a temperatura ambiente durante 6 meses y se observó que el color de oxidación natural aparecía en la superficie sin limpiar, y no se observó decoloración ni oxidación en la superficie después de la limpieza con láser, y aún tenía un color metálico.
Fig. 10 Imagen de muestra de placa de acero inoxidable después de la limpieza durante 6 meses
La tecnología de limpieza de superficies con láser puede eliminar rápidamente el color de oxidación de la soldadura de acero inoxidable y la zona afectada por el calor, así como la pintura y el óxido en la superficie del acero inoxidable; la tecnología de limpieza de superficies con láser puede formar una nueva capa de pasivación con buena resistencia a la corrosión; la superficie de acero inoxidable después de la limpieza con láser no tiene una gran diferencia de color con la superficie original.
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