Nghiên cứu công nghệ làm sạch bằng laser bề mặt thép không gỉ
Bài báo này giới thiệu khái niệm và nguyên lý cơ bản của công nghệ làm sạch bằng tia laser, và nó sử dụng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu tác dụng của việc làm sạch bề mặt thép không gỉ bằng tia laser. Thử nghiệm cho thấy công nghệ làm sạch bề mặt bằng tia laser có thể nhanh chóng loại bỏ màu oxy hóa của mối hàn thép không gỉ và vùng ảnh hưởng nhiệt cũng như sơn và rỉ sét trên bề mặt thép không gỉ, và có thể tạo thành một lớp thụ động mới.
Nguyên tắc cơ bản của công nghệ làm sạch bằng laser
Công nghệ làm sạch bằng laser đề cập đến việc sử dụng bề mặt làm việc chiếu tia laser năng lượng cao, để bề mặt của bụi bẩn, vết gỉ hoặc lớp phủ xảy ra bay hơi hoặc tách lớp ngay lập tức, tốc độ cao loại bỏ hiệu quả làm sạch bề mặt vật thể bám dính hoặc lớp phủ bề mặt, vì vậy để đạt được một quy trình sạch.
Tia laze, cùng với chùm điện tử và chùm ion, được gọi chung là chùm năng lượng cao. Đặc điểm chung là các chùm tia đều mang năng lượng cao để truyền trong không gian. Bằng cách tập trung, có thể thu được bức xạ có mật độ công suất 104-1015 W / cm² ở gần tiêu điểm, là nguồn nhiệt có cường độ cao nhất. . Laser có đặc điểm là độ sáng cao, tính định hướng cao, tính đơn sắc cao và tính liên kết cao mà các nguồn sáng thông thường không thể sánh được. Sử dụng độ sáng cao của tia laser, sau khi được thấu kính hội tụ, nhiệt độ hàng nghìn, thậm chí hàng chục nghìn độ có thể được tạo ra gần tiêu điểm. Khả năng định hướng cao của tia laser cho phép tia laser được truyền qua một khoảng cách xa một cách hiệu quả. Tính đơn sắc của laser rất cao và bước sóng là đơn lẻ, có lợi cho việc lấy nét và chọn bước sóng. Ánh sáng laser do tia laser phát ra được truyền từ sợi quang học đến thấu kính hội tụ, sau khi lấy nét sẽ đến bề mặt phôi cần làm sạch từ lỗ bên trong của vòi phun. Thông thường, một vòi phun được sử dụng, với sự hỗ trợ của một vòi phun lỗ nhỏ đồng trục với tia laser để thổi khí có áp suất vào vùng làm sạch. Khí được cung cấp bởi nguồn khí phụ, và chức năng chính của nó là ngăn ống kính khỏi bị ô nhiễm bởi các tia lửa và khói, đồng thời làm sạch bề mặt của phôi và tăng cường hiệu ứng nhiệt của tia laser và vật liệu.
Như trong hình 1, sau khi hấp thụ năng lượng laze, các chất ô nhiễm trên bề mặt của vật thể bị hóa hơi và bay hơi, hoặc được đốt nóng và giãn nở ngay lập tức để thắng lực hấp phụ của bề mặt trên các hạt, do đó chúng có thể được tách ra. từ bề mặt của vật thể, do đó đạt được mục đích làm sạch. Hiện tại, có một số bất đồng về cơ chế làm sạch bằng laser, nhưng hầu hết các cơ chế có thể giải thích hợp lý một số hiện tượng trong các thí nghiệm làm sạch bằng laser, thường bao gồm phân hủy hóa hơi bằng laser, bóc tách bằng laser, giãn nở nhiệt của các hạt bụi bẩn, rung bề mặt chất nền và là bốn khía cạnh của rung động hạt; hơn nữa, làm sạch bằng laser thường là kết quả của hoạt động đồng thời của nhiều cơ chế.
Hình 1 Nguyên tắc làm sạch bằng laser
Cơ chế làm sạch bằng laser theo các thông số nhiệt lý bề mặt và bề mặt có kích thước khác nhau. Khi độ bám dính bề mặt và các thông số nhiệt lý của vật liệu nền khác nhau đáng kể, cơ chế làm sạch bằng tia laser bao gồm: hóa hơi đốt cháy, cơ chế rung nhiệt và sốc nhiệt và cơ chế phá vỡ âm thanh, chẳng hạn như laser làm sạch sơn và lớp cao su. Khi độ bám dính bề mặt và vật liệu nền, các thông số nhiệt lý không khác nhau, chủ yếu là cơ chế hoạt động của quá trình hóa hơi triệt tiêu, chẳng hạn như loại bỏ gỉ bằng tia laze.
Nghiên cứu kiểm tra làm sạch bề mặt mối hàn bằng thép không gỉ
Công ty tôi lâu năm sản xuất đại trà thân xe T4003 bằng inox, và phần lớn thân xe bằng inox, vật liệu inox trong hàn, các bộ phận cục bộ do khe hở lắp ráp siêu kém dẫn đến nhiệt lượng đầu vào lớn, nhất là khi sử dụng một tấm mỏng khoảng 3mm, sẽ dẫn đến sự oxy hóa bề mặt gần mối hàn thép không gỉ và mối hàn trở lại, phá hủy lớp thụ động ban đầu của vật liệu, do đó khả năng chống ăn mòn vật liệu bị giảm hoặc thậm chí bị hỏng. Một số sản phẩm bề ngoài bằng inox không cần sơn hoặc sơn vecni màu trong suốt, quá trình oxy hóa quá mức gây ra bởi sự khác biệt về màu sắc sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến vẻ đẹp tổng thể của xe. Quá trình oxy hóa mối hàn thép không gỉ chủ yếu xảy ra trên bề mặt bên ngoài của thân máy, chẳng hạn như thành bên, tấm tường bên dưới và các bộ phận khác, đặc biệt là các bộ phận kết nối của bức tường bên và tấm tường cuối (băng ngang cuối tường), như được minh họa trong Hình 2.
Hình 2 Thân bằng thép không gỉ bề mặt bên ngoài mối hàn vùng bị ảnh hưởng nhiệt quá mức oxy hóa
Phù hợp với các khuyến nghị của tiêu chuẩn AWS D18.2 và tiêu chuẩn AS 1554.6, bề mặt của mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt được phép có các ôxít màu rơm nhạt, và các mẫu 1 ~ 3 trong Hình 3 có màu xanh lam, nâu và đen oxit không đạt yêu cầu. Ngoài quá trình oxy hóa mối hàn, thân thép không gỉ trong quá trình sản xuất gỉ cục bộ hoặc các chất gây ô nhiễm khác và các vấn đề khác, dự án dự định xác minh việc sử dụng công nghệ làm sạch bề mặt bằng laser để loại bỏ quá trình oxy hóa và rỉ sét và các tạp chất khác trên bề mặt của không gỉ thép, và khả năng chống ăn mòn của bề mặt được xử lý thông qua phương pháp thử nghiệm.
Hình 3 Mối hàn thép không gỉ và các mẫu đổi màu vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt (AWS D18.2: 2009)
(1) Quá trình thử nghiệm chọn thiết bị làm sạch bằng laser cầm tay 65W, thông qua điều chỉnh thông số, có thể thu được các hiệu ứng khác nhau, các hiệu ứng xử lý khác nhau dưới các thông số khác nhau được thể hiện trong Hình 4, thông qua một số thử nghiệm, để đạt được trạng thái bề mặt lý tưởng, thông số hợp lý cài đặt như sau:
① Công suất laser: 65W.
② Trùng hợp điểm: 1.2.
③ Độ rộng xung: 30 ~ 240ns.
④ Năng lượng xung: {{0}}. 1 ~ 0. 8mJ, năng lượng tối ưu 0. 1 ~ 0,2mJ.
Hình 4 Thử nghiệm làm sạch bề mặt mẫu thép không gỉ
(2) Kết quả thử nghiệm có thể loại bỏ tất cả các lớp ôxít khỏi mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt sau khi xử lý bằng thiết bị làm sạch bằng laser theo các thông số trên, như trong Hình 5 ~ Hình 7.
Hình 5 So sánh trước và sau khi làm sạch các mối hàn giáp mép
Hình 6 So sánh trước và sau khi làm sạch trực diện các mối hàn phi lê
Hình 7 So sánh trước và sau khi làm sạch mặt sau của mối hàn phi lê
Theo trạng thái bề mặt được xử lý về sự khác biệt trong tỷ lệ hấp thụ ánh sáng, bằng cách điều chỉnh bước sóng và các thông số khác, tia laser không chỉ có thể làm sạch lớp oxit bề mặt kim loại mà còn nhanh chóng làm sạch bề mặt thép không gỉ và sơn (xem Hình 8 ~ Hình 9)
Hình 8 Làm sạch rỉ sét dầm bên trên
Hình 9 Làm sạch vecni
Làm sạch bề mặt bằng laser không chỉ có thể loại bỏ hoàn toàn lớp ôxít của mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt, mà còn hình thành một lớp thụ động mới để ngăn ngừa gỉ trở lại. Để xác minh khả năng chống ăn mòn của lớp thụ động mới, một thử nghiệm so sánh về khả năng chống ăn mòn trong môi trường tự nhiên và mô phỏng đã được tiến hành. Thử nghiệm được thực hiện bằng cách làm sạch cục bộ bằng tia laze của hai tấm thử nghiệm, được bảo quản trong các môi trường khác nhau trong một khoảng thời gian để quan sát tình hình rỉ sét. Tình hình ăn mòn được thể hiện trong hình 10: Tấm thử 1 được đặt trong môi trường ngoài trời trong 6 tháng, quan sát thấy trên bề mặt không được tẩy rửa có rất nhiều vết rỉ, trong khi bề mặt chỉ bị rỉ nhẹ sau khi làm sạch bằng tia laze. . Tấm thử nghiệm 2 được đặt trong nhà ở nhiệt độ phòng trong 6 tháng và quan sát thấy màu oxy hóa tự nhiên xuất hiện trên bề mặt không được làm sạch, và không quan sát thấy sự đổi màu hoặc gỉ trên bề mặt sau khi làm sạch bằng laser, và nó vẫn có màu kim loại.
Hình 10 Hình ảnh mẫu tấm thép không gỉ sau khi làm sạch trong 6 tháng
Công nghệ làm sạch bề mặt bằng tia laser có thể nhanh chóng loại bỏ màu oxy hóa của mối hàn inox và vùng ảnh hưởng nhiệt cũng như lớp sơn và rỉ sét trên bề mặt thép không gỉ; công nghệ làm sạch bề mặt bằng laser có thể tạo thành một lớp thụ động mới với khả năng chống ăn mòn tốt; bề mặt của thép không gỉ sau khi làm sạch bằng laser không có sự khác biệt lớn về màu sắc với bề mặt ban đầu.
Nếu bạn muốn biết thêm thông tin về MRJ-Laser, vui lòng truy cập:
Máy làm sạch bằng Laser:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleạch-machine/
Máy khắc laser:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Máy hàn laser:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
