Эффективность удаления ржавчины: композитная лазерная очистка по сравнению с импульсной и непрерывной лазерной очисткой

С развитием промышленной очистки поверхностей композитная лазерная очистка становится мощной и эффективной технологией. Объединяя сильные стороны непрерывных лазеров (или полупроводниковых лазеров) с сильными сторонами импульсных лазеров, композитная лазерная очистка является передовым методом очистки.

В этой статье мы сравним эффективность и качество лазерной очистки трех методов очистки — комбинированной, непрерывной и импульсной лазерной очистки — путем удаления ржавчины средней толщиной 500–600 мкм.

Композитная лазерная очистка использует уникальные преимущества очистки как непрерывного, так и импульсного лазера, одновременно воздействуя на поверхность изделия, что значительно повышает эффективность очистки.

При этом эффективность композитной лазерной очистки значительно выше, чем у импульсной лазерной очистки, а качество очистки выше, чем у непрерывной лазерной очистки.

В целом, комбинация полупроводникового лазера и импульсного лазера подходит для удаления слоев краски. В то время как комбинация непрерывного лазера и импульсного лазера идеально подходит для очистки ржавчины.

Мы провели стандартизированный тест для сравнения эффективности очистки композитных, импульсных и непрерывных лазерных методов с использованием ржавых образцов углеродистой стали и контролируемых настроек оборудования. Ниже приведен обзор лазеров, систем очистки и материалов, использованных в эксперименте.

Для непрерывной лазерной очистки мы использовали волоконный лазер JPT мощностью 2000 Вт с диаметром сердечника 50 мкм и центральным диапазоном длин волн 1070–1080 нм. Лазер работал в непрерывном режиме (CW) и охлаждался водой для поддержания производительности при длительной работе.

Марка лазера: JPT
Диаметр сердечника: 50 мкм
Мощность лазера: 2000 Вт
Центральная длина волны: 1070–1080 нм
Режим работы: непрерывная волна (CW)
Метод охлаждения: с водяным охлаждением

Установка для импульсной лазерной очистки включала в себя импульсный лазер JPT мощностью 300 Вт с максимальной энергией импульса 5 мДж . Эта система имела воздушное охлаждение и была оптимизирована для высокоточной обработки поверхности.

Марка лазера: JPT
Мощность лазера: 300 Вт
Максимальная энергия импульса: 5 мДж
Метод охлаждения: с воздушным охлаждением

Для лазерной очистки композитных материалов мы использовали двухлазерную конфигурацию, объединяющую один порт QCS и один порт QBH в охлаждаемом водой чистящем пистолете с фокусным расстоянием 210 мм.

Эта установка позволяла одновременно применять импульсные и непрерывные лазеры к одной и той же поверхности.

Ржавым испытательным материалом была углеродистая сталь Q235, имеющая равномерный слой ржавчины со средней толщиной 500–600 мкм. Результаты очистки оценивались посредством визуального осмотра и наблюдения с помощью электронного микроскопа при 200-кратном увеличении, что обеспечивало как макроскопическую, так и микроскопическую оценку качества поверхности.

Тестовый материал
Толщина ржавчины: примерно 500–600 мкм
Материал: углеродистая сталь Q235

Все процессы очистки проводились на трехкоординатной платформе серводвигателя портального типа, управляемой системой ПЛК. Скорость очистки стабилизировалась на уровне 30 мм/с для обеспечения равномерного перемещения по образцам для испытаний.

Результаты очистки оценивались посредством визуального осмотра и наблюдения под электронным микроскопом при 200-кратном увеличении, что обеспечивало как макроскопическую, так и микроскопическую оценку качества поверхности.

Сначала давайте проверим эффект непрерывной световой очистки при выходной мощности 2000 Вт, частоте 3000 кГц и скорости 30 мм/с для удаления ржавчины.

В исходном состоянии железной пластины мы случайным образом выбрали две точки, и изображение под электронным микроскопом выглядит следующим образом:

Видно, что первое и второе изображения сильно различаются, что свидетельствует о том, что состояние ржавчины на поверхности железной пластины является сложным, а толщина ржавчины различается.

Эффект после непрерывной лазерной очистки следующий:

Видно, что непрерывная очистительная машина мощностью 2000 Вт удаляет большую часть ржавчины со скоростью 30 мм/с, а эффект до и после очистки совершенно очевиден. Мы используем электронный микроскоп, чтобы случайным образом выбрать две точки для обнаружения, как показано на следующем рисунке:

Как показано на рисунке выше, визуально вся поверхностная ржавчина была в основном удалена. Мы проведем тест на царапину твердым предметом в конце статьи, чтобы увидеть, была ли удалена основная ржавчина.

Установив параметры: выходная мощность 300 Вт, частота 35 кГц, ширина импульса 500 нс и скорость очистки 30 мм/с, проведем еще одно испытание эффективности импульсной лазерной очистки для удаления ржавчины.

Результаты очистки показаны выше:

Видно, что импульсная очистная машина мощностью 300 Вт, работающая со скоростью 30 мм/с с одним лазерным сканированием, удаляет большую часть ржавчины, что более тщательно, чем непрерывный лазер. Мы случайным образом выбираем две точки для проверки с помощью электронного микроскопа, как показано на следующем рисунке:

Как показано на изображении выше, визуально вся поверхностная ржавчина эффективно удалена, а цвет близок к исходному цвету металла, что указывает на то, что ржавчина была тщательно удалена.

Если скорость очистки замедлить, эффект удаления будет лучше. Аналогично, мы проведем тест на царапину на твердом предмете в конце статьи, чтобы проверить, была ли очищена основная ржавчина.

Наконец, давайте проверим эффективность очистки композитным лазером при удалении ржавчины.

При заданных параметрах: непрерывный лазер мощностью 2000 Вт, импульсный лазер мощностью 300 Вт, расстояние между двумя лазерами 1.5 мм и скорость очистки 30 мм/с.

Результаты удаления ржавчины показаны выше:

Визуально результат очистки композита ближе к исходному цвету металла, а эффект очистки наилучший. Также мы случайным образом выбираем две точки для наблюдения под микроскопом.

По сравнению с предыдущими методами две случайно выбранные точки выглядят ближе к исходному цвету металла, что свидетельствует о том, что композитная очистка является более тщательным методом удаления ржавчины.

После трех групп очистки мы случайным образом выбираем места на поверхности и царапаем поверхность отверткой, как показано на следующем рисунке:

При сравнении можно четко определить, что на нижнем слое непрерывного лазера будет ржавчина. На импульсном лазере есть небольшое количество ржавчины. На композите после очистки ржавчины почти нет, что указывает на то, что эффект очистки композитного лазера лучше, чем у импульсного лазера.

Непрерывная лазерная очистка: следы ржавчины остаются в основании царапин. Импульсная лазерная очистка: появляется минимальное количество ржавчины, значительно меньше, чем при непрерывной лазерной очистке.

Лазерная очистка композитных материалов: практически не видно ржавчины, что свидетельствует о превосходной эффективности очистки.

Это подтверждает рейтинг производительности:

Композитная очистка > Импульсная лазерная очистка > Непрерывная лазерная очистка.

Приведенные выше изображения, полученные с помощью электронного микроскопа, еще раз подтверждают эту точку зрения:

Наконец, при 200-кратном увеличении с использованием электронного микроскопа мы заметили, что при скорости очистки 30 мм/с непрерывный лазер выполняет наихудшие функции удаления ржавчины. Ржавчина на поверхности обугливается, а ржавчина остается в более глубоких слоях — это связано с отсутствием пиковой мощности у непрерывных лазеров. Напротив, импульсный лазер также показывает некоторую остаточную ржавчину в нижних слоях, но она намного светлее по сравнению с непрерывной лазерной очисткой, что указывает на лучший эффект очистки. Импульсный лазер может полностью удалить ржавчину, если скорость очистки снижена.

Композитная очистка дает наилучшие результаты: в нижних слоях ржавчины не обнаружено, что свидетельствует о том, что сочетание непрерывного и импульсного лазеров позволяет тщательно удалять как поверхностную, так и глубокую ржавчину.