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激光在石材清洗中的应用

更新时间2011-7-28 17:37:18 点击次数3014
激光清洗技术是近10年来飞速开展的新型清洗技术,它以本身的许多优点在众多范畴中逐渐取代传统清洗工艺。本文引见了激光清洗的原理和激光清洗的一些典型应用,展现了激光清洗这一\"绿色\"清洗技术宽广的开展前景。
一、.激光清洗原理
  激光具有高亮度,高方向性、高单色性和高相干性的特性,这是普通光源所无法比较的。应用激光的高亮度,经过透镜聚焦后,能在焦点左近产生上千万度以至?#36132;?#24230;的温度。激光的高方向性使得激光能有效停止长间隔传输。激光的单色?#32422;?#39640;,波长单一,有利于聚焦和波长选择。
  激光清洗就其清洗机理而言,可分为两大类:一类是应用清洁基片(也称为母体)与外表附着物(污物)对某一波长激光能量,具有差异很大的吸收系数。辐射到外表的激光能量,大局部被外表附着物所吸收,使之受热或气化蒸发、或霎时收缩,并被外表构成的蒸气流带动脱离物体外表,到达清洗目的。而基片由于对该波长的激光吸收能量极小,不会被损伤。对此类激光清洗,选择?#23460;?#30340;波长和控制好激光能量,是完成平安高效清洗的关键。另一类是适用于清洁基片与外表附着物的激光能量吸收系数差异不大,或基片对涂层受热构成的酸性蒸气较敏感,或涂层受热后会产生有毒物质等状况的清洗办法。 该类办法通常是应用高功率高反复率的脉冲激光冲击被清洗的外表,使局部光束转换成声波。声波击中下层硬外表后,近回的局部与激光产生的入射声波微小爆炸,涂层被粉碎、压成粉末,再被真空泵肃清,而?#32043;?#30340;基片不会损伤。
  激光清洗与机?#30340;?#25830;清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗,高频超声清洗等传统清洗办法相比,有明显的优点。它高效、快捷、本钱?#20572;?#23545;基片产生的热?#27721;?#21644;机械?#27721;?#23567;,清洗为非损伤;废物可回收,无环境污染;平安牢靠,不损伤操作人员?#37096;擔?#22810;功用,能够肃清各种不同厚度、不同成份的涂层;清洁过程易于完成自动化控制,完成远间隔遥控清洗?#21462;?BR>  二、.激光清洗的办法
  从办法上剖析,激光清洗办法有4种:1.激光干洗法,即采用脉冲激光直接辐射去污;2.激光+液膜办法,即首先堆积一层液膜于基体外表,然后用激光辐射去污;3.激光+惰性气体的办法,即在激光辐射的同?#20445;?#29992;惰性气体吹向基体外表,当污物从外表剥离后会立刻被气体吹离外表,以防止外表被再次污染和氧化;4.运用激光使污垢松懈后,再用非腐蚀性化学办法清洗。目前,常用的是前3种办法。第4种办法仅见于石质文物的清洗中。
  三、.激光清洗的应用
  1激光清洗石材
  石雕和石刻等年代长远的高档石?#23460;?#26415;品,由于其极精密和易损的外表构造,成为激光清洗技术应用最早的范畴。人们发现,用激光肃清石质文物外表的污垢有其共同的优势,它可以非常清确地控制光束在复杂的外表上挪动,肃清污垢而不损伤文物石材。例如,1992年9月,结合国教材文组织的世界文化遗产维护组织为留念该组织创立20周年,对非常著名的英国亚眠大教堂停止了维修,亚眠大教堂西侧圣母门非常精巧的大理石雕琢是工程的关键。在为期?#33618;?#30340;圣母门维修工程中,维修人员借助于激光,用激光光束除去了掩盖在大理石雕琢花纹上?#36127;?#31859;厚的黑色垢层,大理石外表原来的色泽表现出来,使精巧的雕琢重现光荣。又如,英国最重要的石雕珍藏处之一的英?#20849;?#20262;蒂尔的石雕珍藏品经激光清洗后,也得到同样的效果。图1为?#32511;?#26102;的文物维护工作者用带有关节臂的YAG激光对14世纪中叶的St.Stephen大教堂上的石雕停止清洗。
  人们用电子显微镜察看激光清洗后的石雕外表,发现激光清洗后石头的构造没有变化,被清洗的外表?#28909;?#28369;?#21046;?#25972;,没有损伤。这跟用微粒子放射法(喷砂法)清洗后的外表完整不同。微粒子放射法清洗后大理石外表构造的损伤是难以防止的,特别是对已有硫酸盐垢层的大理石外表。电子显微镜的察看还发现,激光映照后,外表下岩石资料的各项性?#22987;?#26080;退化,也无改动。目前,用激光清洗石灰后,大理石等高档石质材?#36132;?#34920;污垢的工作已成为一项新的很有出路的业务项目。除了对石?#39318;?#26009;的清洗外,激光清洗在玻璃、石英、金属、模具、牙齿、芯片、电极、磁头、磁盘?#32422;?#21508;种微电子产品的清洗中都有很好的效果,曾经有了一定的应用。
  四、激光清洗效益剖析
除此以外,工业上还用激光对模具停止定期清洗,以保证产品的质量,下面以激光清洗轮胎模具为例,阐明激光清洗与脱机喷砂清洗和干冰清洗设备相比的经济效益。激光清洗技术具有明显优势:清洗快速,劳动强度?#20572;?#26080;磨损,对操作员无风险。但是,设备的首期投资较高,达30~60万美圆。因而工厂需求确立一个合现的投资回收方案。典型的JET激光系统工厂能够在18个月内获得投资回收。硫化停工时间短,劳动力本钱?#20572;?#27169;具磨损少?#32422;敖系?#30340;消费本钱是潜在的效益。譬如,一台日产 20000条轮胎的设备,按8台硫化机(16模)?#21051;?#22343;匀清洗一次的请求,假定每班清洗3台硫化机或?#21051;?#28165;洗9台硫化机(有的工厂清洗两次),从?#23721;?#31454;赛化机上拆下两半模具停止脱机清洗,大约需求15h的作业和10h的停机时间,如采用激光对两半模具停止清洗,则需求0.3h的作业和3h的停机时间,这样,清洗完一台硫化机就能够节约14h的作业和7h的停机时间。又假定,只做10次清洗(5台?#23721;?#30827;机),5次在模具车间停止脱机清洗,采用激光清洗将产生宏大的报答?#22909;刻?#21487;节约70小时的作业和35小时的停机时间,那么按?#33618;?20天的工作日算,每年可增加22400小时作业和11200小时的上机时间。
  激光清洗设备的维修和维护费用也应该计算在内,为擦洁净激光镜和肃清堆积在过滤器上的剩余物,每周需对安装停止30min的维护,每4周对主要部件停止60min的检修。每6个月依照制造商的请求对安装停止常规维护并运转一次激光系统。大局部机械部件能够和激光器机架一样都有10年以上的运用寿命,一些激光部件在运用大约3000h后请求?#25442;弧?#36825;些零部件可在常规预?#29282;?#20462;期间停止现场改换。激光安装加上其?#33618;?#30340;保修效?#20572;?#21253;括易损件的改换并提供典型备件,总算起来操作本钱约为每小时4~8美圆。一切设备都装置有Modem(调制调解器),这样制造商就能够提供远程效劳。
综合以上要素,总体来看,激光清洗技术的经济效益是非常显著的。
  五、.完毕语
  用激光停止焊接和?#25032;?#31561;加工工艺曾经有多年的历史,但是用激光清洗外表却是一项相对年轻的技术。虽然这项工艺能肃清一切有机资料(如口香糖的肃清),但在工业清洗中的应用直到最近才开端。置信随着激光器的开展和激光清洗技术的不时完善,将会在各种清洗范畴里得到越来越多的应用。
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