دستگاه‌های تمیزکاری لیزری چه آلاینده‌هایی را از روی فلزات می‌توانند بردارند؟

چطور؟ در حال تغییر روش تمیز کردن سطوح هستند. حذف آلاینده‌های رایج فلزی

ابلاسیون فوتوحرارتی و فوتومکانیکی: چرا دستگاه‌های پاک‌سازی لیزری به‌صورت انتخابی آلاینده‌ها را تبخیر می‌کنند بدون اینکه به زیرلایه فلزی آسیب برسانند

تمیزکاری با لیزر به این دلیل کار می‌کند که مواد مختلف نور را به شیوه‌های متفاوتی جذب می‌کنند. هنگامی که دستگاه پرتوهای شدید خود را ارسال می‌کند، این نور را دقیقاً در سطحی که آلودگی و کثیفی قرار دارند به گرما تبدیل می‌کند. به عنوان مثال، زنگ‌زدگی حدود ۹۵ درصد بیشتر از فولاد معمولی انرژی لیزر را جذب می‌کند، بنابراین به اندازه‌ای گرم می‌شود که اساساً از بین می‌رود، در حالی که فلز زیرین خنک باقی می‌ماند. این بدین معنی است که هیچ مواد شیمیایی زائد و آلوده‌کننده‌ای باقی نمی‌ماند و همچنین هیچ تغییر شکلی در ماده ایجاد نمی‌شود. ترفند دیگری نیز وجود دارد که اثر فوتومکانیکی نامیده می‌شود. اساساً، هنگامی که مواد بسیار سریع گرم می‌شوند، به سرعت منبسط می‌شوند و امواج شوک بسیار کوچکی ایجاد می‌کنند که لایه‌های بسیار نازک روغن را تا ضخامت حدود ۵ میکرومتر از بین می‌برند. از آنجا که لیزرها در واقع با چیزی که تمیز می‌کنند تماس فیزیکی ندارند، می‌توانند تقریباً تمام آلاینده‌ها (در حدود ۹۹٫۹ درصد) را بدون تأثیر بر رفتار فلز از بین ببرند. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این روش مطابق با استانداردهای صنعتی برای کیفیت سطح مطابق با ISO 8501-1 است. مطالعات همچنین تأیید می‌کنند که مقدار انرژی مورد نیاز دقیقاً به اندازه‌ای است که کار را انجام دهد و به ماده زیرین آسیبی نرساند.

تنظیم پارامتر کلیدی: مدت پالس، شارش انرژی و انتخاب طول موج برای حذف بهینه آلاینده‌ها با دستگاه تمیزکاری لیزری

کالیبراسیون دقیق سه پارامتر اصلی تضمین‌کننده تمیزکاری مؤثر و بدون آسیب به زیرلایه است:

• مدت زمان پالس : پالس‌های نانوثانیه تا فمتونثانیه انتشار حرارت را محدود می‌کنند. برای ورق‌های نازک مسی، پالس‌های کمتر از 10 نانوثانیه تنش حرارتی را 40٪ کاهش می‌دهند.
• شارش انرژی : باید از آستانه تبخیر آلاینده‌ها فراتر رود اما همچنان در حدی باشد که به فلز آسیب نرسد — مثلاً حذف اپوکسی (آستانه ۱٫۵ ژول بر سانتی‌متر مربع) از روی آلومینیوم (آغاز آسیب در ۲٫۸ ژول بر سانتی‌متر مربع) نیازمند دقت ±۲۰٪ است.
• طول موج : نزدیک به مادون قرمز (1064 نانومتر) اکسیدهای آهن در فلزات آهنی را نفوذ می‌کند؛ ماوراء بنفش (355 نانومتر) بقایای آلی را در آلیاژهای حساس هدف قرار می‌دهد.

تنظیمات بهینه‌سازی‌شده هزینه‌های عملیاتی را به میزان 740 هزار دلار در سال از طریق کاهش کارهای اضافی کاهش می‌دهند، مطابق یافته‌های مؤسسه Ponemon در سال 2023.

زدودن زنگ‌زدگی، اکسیدها و پوسته فلزی: حذف با کارایی بالا از فلزات آهنی

حذف اکسیدهای آهن (Fe₃O₄/Fe₂O₃) و پوسته فلزی از فولاد کربنی با استفاده از دستگاه‌های صنعتی تمیزکاری با لیزر

فناوری تمیزکاری با لیزر، زنگ‌زدگی و پوسته اکسیدی (میل اسکیل) را از طریق فرآیندی از بین می‌برد که در آن آلاینده‌ها انرژی لیزر را جذب کرده و در واقع به صورت بخار از بین می‌روند. دلیل عملکرد عالی این روش این است که فولاد کربنی به طور طبیعی نور بیشتری را منعکس می‌کند، بدین معنا که در حین فرآیند درمان، از آن محافظت می‌شود. این روش فلز زیرین را بدون ایجاد حفره‌های آزاردهنده‌ای که اغلب در سایر روش‌ها رخ می‌دهد، دست‌نخورده نگه می‌دارد. به عنوان مثال، روش سایش تراکمی در واقع ذرات را به درون سطح فرو می‌برد و باعث می‌شود پوشش‌ها بسیار زودتر از حد انتظار دچار شکست شوند. هنگامی که به طور خاص با پوسته اکسیدی—ماده ضخیم و کریستالی‌شکلی که از فرآیندهای نورد داغ باقی می‌ماند—روبرو هستیم، پالس‌های لیزری با توان بالا ساختار آن را به طور کامل از هم می‌گسلند. چیزی که چشمگیر است، سرعت این فرآیند است—حدود یک متر مربع در ساعت—حتی زمانی که با مشکلات جدی اکسیداسیون روبرو باشیم. علاوه بر این، هیچ گونه مواد شیمیایی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد و پس از آن هیچ پسماند یا آلودگی برای تمیز کردن باقی نمی‌ماند.

آماده‌سازی سطح قبل از جوشکاری: چگونه دستگاه‌های تمیزکننده لیزری لایه‌های اکسید را حذف می‌کنند تا تخلخل را به میزان بیش از ۹۹٫۷٪ کاهش دهند (با استاندارد AWS D1.1 تأیید شده)

در آماده‌سازی سطوح برای جوشکاری، تمیزکاری با لیزر به دلیل حذف اکسیدهای میکروسکوپی مزاحم که در فرآیند ادغام گاز را به دام می‌اندازند، عملکرد بسیار خوبی دارد. بر اساس آزمون‌های انجام‌شده تحت استانداردهای AWS D1.1، این روش به‌طور قابل توجهی حدود 99.7٪ از تخلخل جوش کاسته می‌شود. این فناوری زمانی بهترین عملکرد را دارد که هدف قرار دادن جذب اکسید آهن در حدود 1064 نانومتر باشد و بدون ایجاد مناطق تحت تأثیر حرارتی (HAZ)، به سطحی با تمیزی Sa 2.5 دست یابد. برای اشکال و قطعات پیچیده، سیستم‌های خودکار لیزری می‌توانند با سرعتی بین نیم متر تا دو متر در دقیقه کار خود را انجام دهند. این روش حدود 70٪ از زمان معمول صرف‌شده برای سنگ‌زنی قبل از جوشکاری را ذخیره می‌کند و در عین حال خواص ساختاری فلز را حفظ می‌کند. این ویژگی آن را به‌ویژه در صنایعی مانند هوافضا که یکپارچگی قطعات برای مخازن تحت فشار و سایر کاربردهای حیاتی از نظر ایمنی بسیار مهم است، بسیار ارزشمند می‌سازد.

آلاینده‌های آلی: روغن، گریس و پوشش‌های صنعتی

حذف بدون تماس هیدروکربن‌ها، روغن‌های برش و روغن‌کاری با دستگاه‌های تمیزکاری لیزری — بدون حلال و باقیمانده

تمیزکاری لیزری کار می‌کند با تبخیر مواد آلی مانند روغن‌ها، چربی‌ها و روغن‌های برش از طریق فرآیندی به نام تخریب فوتوحرارتی. این روش از پالس‌های لیزر به دقت تنظیم‌شده استفاده می‌کند که به‌طور خاص به پیوندهای هیدروکربنی حمله می‌کنند، در حالی که فلز زیرین را سرد نگه می‌دارند. این روش می‌تواند لایه‌هایی به ضخامت ۰٫۱ میکرون را به‌طور کامل و بدون باقی گذاشتن حلال یا ایجاد آلاینده‌های جدید، برداشته و پاک کند. در مقایسه با روش‌های قدیمی مانند حمام‌های شیمیایی یا پاک‌سازی مکانیکی با ابزار، تمیزکاری لیزری در واقع به استاندارد Sa 2.5 از ISO 8501-1 دست می‌یابد که برای صنایعی که قابلیت اطمینان بالایی مطلوب است، مهم است؛ به عنوان مثال صنعت نیمهرسانا. علاوه بر این، تمام معیارهای آژانس حفاظت از محیط زیست (EPA) را رعایت می‌کند، چرا که اصلاً نیازی به مدیریت ضایعات خطرناک نیست.

برداشتن رنگ‌ها، اپوکسی‌ها و پرایمرهای غنی از روی بدون ایجاد مناطق تحت تأثیر حرارت یا تخریب زیرلایه

هنگام استفاده از لیزرهای مادون قرمز برای حذف پوشش، این روش به صورت لایه‌لایه عمل می‌کند. بخش‌های آلی پلیمری انرژی لیزر را جذب می‌کنند، در حالی که فلز زیرین بیشتر آن را منعکس می‌کند. پالس‌های کوتاه با مدت کمتر از ۱۰ نانوثانیه از انتشار زیاد گرما جلوگیری می‌کنند و امکان حذف پرایمرهای غنی از روی از سطوح فولاد گالوانیزه بدون خدشه دیدن خواص محافظتی آنها را فراهم می‌آورند. پس از پردازش، فلز پایه مطابق با استانداردهای ASTM E8 در جای خود باقی می‌ماند، بنابراین احتمال ایجاد ترک‌های ریز که در روش‌های خشن مانند سندبلاست رخ می‌دهد، وجود ندارد. به ویژه برای بدنه کشتی‌ها، این روش قادر است پوشش‌ها را با کارایی بیش از ۹۷ درصد در هر ساعت از سطحی معادل ۱۰ متر مربع پاک کند. بهترین بخش این است که در طول فرآیند نیازی به مواد مصرفی نیست و هیچ ذره‌ای نیز در سطح باقی نمی‌ماند.

چالش‌های وابسته به آلیاژ: آلومینیوم، فولاد ضدزنگ و مس

غلبه بر بازتابش بالا و اکسیدهای نازک طبیعی روی آلومینیوم و مس با ماشین‌های تمیزکاری لیزری فیبری پالسی

کار با آلومینیوم و مس می‌تواند به دلیل سطح بالای بازتابش طبیعی آنها، که گاهی در طول موج‌های لیزری استاندارد به حدود ۹۵٪ می‌رسد، و همچنین تشکیل لایه‌های اکسید بسیار نازک روی سطوحشان، بسیار چالش‌برانگیز باشد. راه‌حل از لیزرهای فیبری پالسی نشأت می‌گیرد که این مشکل را از طریق تابش‌های کوتاهی از انرژی شدید حل می‌کنند. این پالس‌های کوتاه به‌طور مؤثر آلاینده‌ها را قبل از اینکه گرما فرصت گسترش درون ماده را پیدا کند، از بین می‌برند. به‌ویژه برای مس، این سیستم‌های لیزری زمانی بهترین عملکرد را دارند که در طول موج حدود ۱۰۶۴ نانومتر تنظیم شده و مدت زمان پالس‌ها کمتر از ۱۰۰ نانوثانیه باشد. چیزی که این سیستم‌ها را بسیار مؤثر می‌کند، توانایی آنها در تمیز کردن سطوح با موفقیت بیش از ۹۹٪ در حالی است که ساختار ماده دست‌نخورده باقی می‌ماند. هیچ تغییر شکل قابل توجهی یا ایجاد مناطق تحت تأثیر گرما رخ نمی‌دهد، بدین معنا که ابعاد ثابت می‌مانند و خواص مکانیکی پس از عملیات تغییر نمی‌کنند.

مدیریت لایه پسیوی شدن فولاد ضدزنگ: تعادل بین حذف اکسید و حفظ مقاومت در برابر خوردگی

تمیز کردن فولاد ضدزنگ نیازمند برخورد دقیق است، زیرا باید هم آلودگی و گریس را از بین ببریم و هم لایه کرومی که در برابر زنگ‌زدگی محافظت می‌کند به هم نریزد. لیزر صنعتی در این زمینه عملکرد خوبی دارد، چون انرژی آن در حدود ۰٫۸ تا ۱٫۲ ژول بر سانتی‌متر مربع به‌صورت کنترل‌شده تنظیم می‌شود. این دستگاه‌ها می‌توانند اکسیداسیون، باقیمانده‌های چربی و نوارهای رنگی ناخوشایند ناشی از حرارت را بدون آسیب به پوشش محافظ زیرین از بین ببرند. برخی تحقیقات نشان می‌دهند که این سیستم‌های لیزری دقیق، ذرات آهن روی سطوح را تقریباً ۹۰٪ کاهش می‌دهند و بیش از ۹۸٪ از کروم را سالم نگه می‌دارند. این سطح از عملکرد استانداردهای صنعتی تمیزی تعیین‌شده توسط ASTM A380 را برآورده می‌کند و از تشکیل حفره‌های ریز ناخوشایند روی سطوح فلزی جلوگیری می‌کند.

سوالات متداول

تمیزکاری با لیزر چگونه کار می‌کند؟

تمیزکاری با لیزر با تبدیل پرتوهای شدید لیزر به حرارت انجام می‌شود که آلاینده‌ها را بخار کرده و زیرلایه فلزی را تحت تأثیر قرار نمی‌دهد.

انواع آلاینده‌هایی که تمیزکاری با لیزر می‌تواند حذف کند، چیست؟

تمیزکاری با لیزر به‌طور مؤثر می‌تواند زنگ، پوسته نورد، گریس، روغن، رنگ‌ها، اپوکسی‌ها و سایر بقایای آلی را حذف کند.

آیا تمیزکاری با لیزر برای زیرلایه‌های فلزی ایمن است؟

بله، تمیزکاری با لیزر برای زیرلایه‌های فلزی ایمن است، زیرا از تکنیک‌های دقیق استفاده می‌کند تا از آسیب دیدن آن‌ها جلوگیری شود.

مزایای استفاده از ماشین‌های تمیزکاری با لیزر چیست؟

ماشین‌های تمیزکاری با لیزر مزایایی همچون تمیزکاری بدون تماس، کاهش هزینه‌های عملیاتی و انطباق با مقررات محیط زیستی را ارائه می‌دهند.