文/IPG Photonics 高級應(yīng)用工程師  顏業(yè)志

 近年來，隨著環(huán)保要求的提高和人們的環(huán)保意識不斷增強(qiáng)，也給世界范圍內(nèi)的清洗業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，各種有利于環(huán)境保護(hù)的清洗技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，激光清洗技術(shù)就是其中之一。

 相比于傳統(tǒng)的機(jī)械清洗、化學(xué)腐蝕清洗、高頻超聲清洗等傳統(tǒng)清洗方法，激光清洗具有高效、快捷、成本低、對工件的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷小、非接觸非損傷等優(yōu)勢，并且激光清洗的廢物可回收，保障環(huán)境和操作人員健康安全。激光清洗能夠清除各種不同厚度、不同成份的涂層，甚至可以清洗傳統(tǒng)清洗方式無法解決的難題。另外，激光清潔過程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制以及遠(yuǎn)距離遙控等。

 激光清洗的原理，是利用高能激光與被清洗工件表面物質(zhì)的相互作用，被清洗的物質(zhì)在高能激光的作用下，瞬間氣化或者受熱膨脹從基底脫落，從而達(dá)到工件清潔凈化工藝的目的。

清洗所使用的功率，從十瓦到幾千瓦不等，具體功率的選擇根據(jù)清洗目標(biāo)而定。激光可以清洗工件上的各種污垢，如除油污、除銹、除漆、除氧化層以及各種涂層等。其中激光除銹已經(jīng)是一種常見應(yīng)用。下面介紹激光鐵軌除銹的案例。

鐵軌除銹案例

鐵軌由于常年暴露在空氣中，加上風(fēng)吹日曬雨雪寒霜，表面很容易生銹。為了不影響列車的安全運(yùn)行，鐵軌除銹非常必要。

本案例中，采用實(shí)驗(yàn)的方法測試了和評估了使用兩款光纖激光器進(jìn)行鐵軌銹蝕層清洗的清洗效果和清洗效率。

 （1）清洗系統(tǒng)配置

實(shí)驗(yàn)將測試和評估IPG的YLPN-100-30*100-10-1000和YLPN-10-30*400-20-200這兩款光纖激光器（詳細(xì)參數(shù)見表1）對于鐵軌銹蝕層的清洗效果。激光器均工作在脈沖模式下，配備IPG中功率掃描振鏡，在不同的掃描方法和工藝參數(shù)下，搭載數(shù)控平臺(tái)或機(jī)械手，滿足不同的表面清洗要求。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具體實(shí)物圖如圖1所示。

圖1：激光清洗鐵軌銹蝕層的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

 表1：激光器光源信息

 鐵軌表面上的銹蝕層，實(shí)際上包含兩層，一層是氧化皮表層的三氧化二鐵（Fe₂O₃）黃色銹層，另一層是更深層的黑色銹層，實(shí)物如圖2所示。

圖2：鐵軌氧化皮表層的三氧化二鐵（Fe₂O₃）黃色銹層和更深層的黑色銹層（右圖）。

 （2）清洗參數(shù)選擇與清洗效果

首先使用YLPN-100-30*100-10-1000激光器進(jìn)行清洗實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中選擇的具體清洗參數(shù)配置如表2所示。

 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，YLPN-100-30*100-10-1000激光器僅清洗掉了鐵軌表面的黃色銹層，而更深層的黑色銹層依然存在，如圖3所示。

 表2：YLPN-100-30*100-10-1000激光器的清洗參數(shù)配置

圖3：使用YLPN-100-30*100-10-1000激光器僅清洗掉了鐵軌表面的黃色銹層，而更深層的黑色銹層依然存在。優(yōu)化聚焦光斑在0.8mm，可以實(shí)現(xiàn)非常好的清洗效果。

 接下來，我們使用YLPN-10-30*400-20-200激光器進(jìn)行清洗實(shí)驗(yàn)方案。為了獲得更好的清洗效果，利用YLPN-10-30*400-20-200激光器的清洗分為兩個(gè)步驟，這兩個(gè)步驟的區(qū)別主要是使用的激光功率不同，第一步的功率稍大些，用于大面積清洗銹層；第二步功率降低，用于更精密、更細(xì)微的銹層清除。具體的參數(shù)配置如表3所示。

 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過這功率一高一低的兩個(gè)步驟的清洗后，鐵軌表面的黃色銹層和黑色銹層都完全清洗掉，清洗后的鐵軌潔白光亮，如圖4所示。

表3：YLPN-10-30*400-20-200激光器的清洗參數(shù)配置

圖4：使用YLPN-10-30*400-20-200激光器清洗，鐵軌表面的黃色銹層和黑色銹層都完全清洗掉，獲得基材本體顏色的清洗效果。

 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中我們不難看到，YLPN-100-30*100-10-1000激光器對于清除鐵軌表面淺層的Fe₂O₃黃色銹層，清潔效果非常好，比使用YLPN-10-30*400-20-200激光器清洗具有更高的效率。對于清洗更深層的黑色銹層，YLPN-10-30*400-20-200激光器是很好的選擇。

綜合清洗效率、清洗效果等多方面考慮，要想達(dá)到高效率、高質(zhì)量的銹蝕層清洗效果，建議可以兩款激光器結(jié)合使用：先使用大光斑、低功率密度的YLPN-100-30*100-10-1000激光器高效清除鐵軌表面淺層的Fe₂O₃黃色銹層；再使用小光斑、高功率密度的YLPN-10-30*400-20-200激光器清除更深層的黑色銹層。此外，IPG擁有豐富的光源種類，可以滿足不同的清洗方案需求。