Ricerca sulla tecnologia di pulizia laser superficiale in acciaio inossidabile
Questo documento introduce il concetto e il principio di base della tecnologia di pulizia laser e utilizza il metodo sperimentale per studiare l'effetto della pulizia laser della superficie in acciaio inossidabile. Il test mostra che la tecnologia di pulizia laser delle superfici può rimuovere rapidamente il colore di ossidazione delle saldature in acciaio inossidabile e della zona interessata dal calore, nonché la vernice e la ruggine sulla superficie dell'acciaio inossidabile e può formare un nuovo strato di passivazione.
Principio di base della tecnologia di pulizia laser
La tecnologia di pulizia laser si riferisce all'uso della superficie di lavoro di irradiazione del raggio laser ad alta energia, in modo che la superficie dello sporco, delle macchie di ruggine o dei rivestimenti avvenga un'evaporazione o uno stripping istantanei, rimozione efficace ad alta velocità dell'adesione superficiale dell'oggetto di pulizia o rivestimento superficiale, in modo da ottenere un processo pulito.
I laser, insieme ai fasci di elettroni e ai fasci di ioni, sono collettivamente indicati come fasci ad alta energia. La caratteristica comune è che i fasci trasportano un'alta energia per trasmettere nello spazio. Mettendo a fuoco, l'irradiazione con una densità di potenza di 104-1015W/cm² può essere ottenuta vicino al punto focale, che è la fonte di calore con la massima intensità. . Il laser ha le caratteristiche di alta luminosità, alta direttività, alta monocromaticità e alta coerenza, che non hanno eguali nelle normali sorgenti luminose. Utilizzando l'alta luminosità del laser, dopo essere stato messo a fuoco dall'obiettivo, è possibile generare una temperatura di migliaia o addirittura decine di migliaia di gradi vicino alla messa a fuoco. L'elevata direttività del laser consente di trasmettere il laser in modo efficiente su lunghe distanze. La monocromaticità del laser è estremamente elevata e la lunghezza d'onda è singola, il che favorisce la messa a fuoco e la selezione della lunghezza d'onda. La luce laser emessa dal laser viene trasmessa dalla fibra ottica alla lente di messa a fuoco e, dopo la messa a fuoco, raggiunge la superficie del pezzo da pulire dal foro interno dell'ugello. Di solito viene utilizzato un ugello, con l'aiuto di un piccolo ugello orifizio coassiale con il laser per soffiare un gas sotto pressione nella zona di pulizia. Il gas è fornito dalla fonte di gas ausiliaria e la sua funzione principale è quella di evitare che la lente venga inquinata da spruzzi e fumo e di purificare la superficie del pezzo e rafforzare l'effetto termico del laser e del materiale.
Come mostrato in Figura 1, dopo aver assorbito l'energia laser, gli inquinanti sulla superficie dell'oggetto vengono vaporizzati e volatilizzati, oppure vengono immediatamente riscaldati ed espansi per superare la forza di adsorbimento della superficie sulle particelle, in modo che possano essere separati dalla superficie dell'oggetto, raggiungendo così lo scopo della pulizia. Allo stato attuale, ci sono alcuni disaccordi sul meccanismo di pulizia laser, ma la maggior parte dei meccanismi può ragionevolmente spiegare alcuni fenomeni negli esperimenti di pulizia laser, che generalmente includono la decomposizione della vaporizzazione laser, il peeling laser, l'espansione termica delle particelle di sporco, la vibrazione superficiale del substrato e Ci sono quattro aspetti della vibrazione delle particelle; inoltre, la pulizia laser è spesso il risultato dell'azione simultanea di più meccanismi.
Figura 1 Principio della pulizia laser
Il meccanismo di pulizia laser in base all'adesione superficiale e i parametri termofisici del substrato variano in dimensioni. Quando l'adesione superficiale e i parametri termofisici del materiale del substrato differiscono in modo significativo, il meccanismo di pulizia laser include: vaporizzazione di ablazione, vibrazione termica e meccanismo di shock termico e meccanismo di frantumazione acustica, come vernice per la pulizia laser e strato di gomma. Quando l'adesione superficiale e i parametri termofisici del materiale del substrato non differiscono, principalmente il meccanismo di vaporizzazione dell'ablazione in azione, come la rimozione laser della ruggine.
Ricerca di test di pulizia delle superfici di saldatura in acciaio inossidabile
La mia azienda produzione di massa a lungo termine del corpo in acciaio inossidabile T4003 del veicolo e la maggior parte del corpo in acciaio inossidabile, i materiali in acciaio inossidabile nella saldatura, le parti locali a causa dello spazio di assemblaggio sono super scarse, con conseguente grande apporto di calore, specialmente quando si utilizza una piastra sottile di circa 3 mm, porterà all'ossidazione superficiale vicino alla saldatura in acciaio inossidabile e al ritorno della saldatura, distruggere lo strato di passivazione originale del materiale, in modo che la resistenza alla corrosione del materiale sia ridotta o addirittura guasta. Alcuni prodotti di aspetto in acciaio inossidabile non richiedono la verniciatura o la verniciatura di vernice trasparente, l'eccessiva ossidazione causata dalla differenza di colore influenzerà seriamente la bellezza generale del veicolo. La sovra-ossidazione della saldatura in acciaio inossidabile si verifica principalmente sulla superficie esterna del corpo, come la parete laterale, la piastra della parete laterale inferiore e altre parti, in particolare le parti di connessione della parete laterale e della piastra della parete terminale (fascia trasversale della parete terminale), come mostrato nella Figura 2.
Figura 2 Corpo in acciaio inossidabile superficie esterna saldatura calore interessato zona ossidazione eccessiva
In conformità con le raccomandazioni dello standard AWS D18.2 e dello standard AS 1554.6, la superficie della zona di saldatura e interessata dal calore può avere ossidi di colore paglierino chiaro e i campioni 1~3 nella Figura 3, gli ossidi blu, marrone e nero non soddisfano i requisiti. Oltre all'ossidazione della saldatura, al corpo in acciaio inossidabile nella produzione di ruggine locale o altri contaminanti e altri problemi, il progetto intende verificare l'uso della tecnologia di pulizia laser delle superfici per eliminare l'eccessiva ossidazione e ruggine e altre impurità sulla superficie dell'acciaio inossidabile e la resistenza alla corrosione della superficie trattata attraverso il metodo di prova.
Figura 3 Campioni di scolorimento della zona di saldatura in acciaio inossidabile e di ossidazione della zona interessata dal calore (AWS D18.2:2009)
(1) Il processo di prova seleziona il dispositivo di pulizia laser portatile da 65 W, attraverso la regolazione dei parametri, è possibile ottenere effetti diversi, diversi effetti di trattamento con parametri diversi sono mostrati nella Figura 4, attraverso diversi test, al fine di ottenere lo stato di superficie ideale, le impostazioni ragionevoli dei parametri sono le seguenti:
(1) Potenza laser: 65W.
(2) Coincidenza spot: 1.2.
(3) Larghezza di impulso: 30 ~ 240ns.
(4) Energia di impulso: 0,1 ~ 0,8 mJ, energia ottimale 0,1 ~ 0,2 mJ.
Figura 4 Test di pulizia superficiale del campione di acciaio inossidabile
(2) I risultati del test sono stati in grado di rimuovere tutto lo strato di ossido dalla zona di saldatura e colpita dal calore dopo il trattamento da parte del dispositivo di pulizia laser secondo i parametri di cui sopra, come mostrato nella Figura 5 ~ Figura 7.
Figura 5 Confronto tra prima e dopo la pulizia delle saldature di testa
Figura 6 Confronto tra prima e dopo la pulizia frontale delle saldature dei filetti
Figura 7 Confronto tra prima e dopo la pulizia del lato posteriore della saldatura del raccordo
In base allo stato superficiale trattato sulla differenza nel tasso di assorbimento della luce, regolando la lunghezza d'onda e altri parametri, il laser può non solo pulire lo strato di ossido superficiale del metallo, ma anche pulire rapidamente la ruggine e la vernice della superficie dell'acciaio inossidabile (vedere Figura 8 ~ Figura 9)
Figura 8 Pulizia della ruggine della trave laterale superiore
Figura 9 Pulizia della vernice
La pulizia laser della superficie può non solo rimuovere completamente lo strato di ossido della zona interessata dalla saldatura e dal calore, ma anche formare un nuovo strato di passivazione per evitare che si arrugginisca di nuovo. Al fine di verificare la resistenza alla corrosione del nuovo strato di passivazione, è stato condotto un test comparativo della resistenza alla corrosione in ambienti naturali e simulati. Il test è stato effettuato mediante pulizia laser locale di due piastre di prova, che sono state conservate in ambienti diversi per un periodo di tempo per osservare la situazione di ruggine. La situazione di corrosione è mostrata nella Figura 10: la piastra di prova 1 è stata collocata nell'ambiente aperto esterno per 6 mesi ed è stato osservato che c'erano molte tracce di ruggine sulla superficie non pulita, mentre la superficie era solo leggermente arrugginita dopo la pulizia laser. La piastra di prova 2 è stata posizionata all'interno a temperatura ambiente per 6 mesi ed è stato osservato che il colore di ossidazione naturale appariva sulla superficie non pulita e non si osservava scolorimento o ruggine sulla superficie dopo la pulizia laser, ed era ancora di colore metallico.
Fig. 10 Immagine del campione di lamiera di acciaio inossidabile dopo la pulizia per 6 mesi
La tecnologia di pulizia laser delle superfici può rimuovere rapidamente il colore di ossidazione della saldatura in acciaio inossidabile e della zona interessata dal calore, nonché la vernice e la ruggine sulla superficie dell'acciaio inossidabile; la tecnologia di pulizia superficiale laser può formare un nuovo strato di passivazione con una buona resistenza alla corrosione; la superficie dell'acciaio inossidabile dopo la pulizia laser non ha grandi differenze di colore con la superficie originale.
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