激光辅助干冰清洗方法-行业动态

1.引言在高价值原材料或高成本的情况下，对制成品进行回收是合理的。回收节省成本和资源。因此，它在经济和生态上都是有益的。通常用于回收清洗的方法需要使用机械，化学或水性方法。但是这些常规技术通常是耗时和耗能的。另外，它们涉及较高的废物处理成本和人员，同时仅提供较低的灵活性。干冰清洁是使用粒状固体二氧化碳作为喷射介质的喷射工艺。将干冰颗粒从存储元件送入压缩空气流中。压缩空气加速了要通过喷嘴喷射到工件上的颗粒。激光加工可适用于二次加工。常规的聚焦激光器可以用作最终清洁步骤，而散焦激光器可以通过加热表面到干冰清洁来提高样品的热效应。与干冰清洁相反，激光加工不会产生其他液体或固体来去除已去除的污染物或涂层。在特殊情况下，这两种技术在经济方面都有自己的优势。混合干冰清洁-激光加工的目标是提高与区域相关的清洁和剥离速度。这两种技术的结合将扩大其经济和技术限制的范围。已为各种材料，涂料和污染物选择了一种简单可重现的底漆组合。通过这种标准的底物-清漆组合工艺，可以优化每种独立技术的参数。从那时起，将这些研究的结果与混合实验的结果进行了比较。 2.清洁技术的应用2.1干冰喷射是基于由干冰颗粒引起的机械效应，在撞击点处的局部冷却效应引起的热机理以及部分升华引起的颗粒膨胀。因此，失去弹性，涂层易碎并收缩。具有不同热膨胀系数的基材和涂层会产生破裂的涂层。颗粒和空气的动能流动有助于去除。升华的干冰使该因子突然增加了800倍。当这种组合的热机械作用破坏了粘合剂时，涂层就会剥落。固态二氧化碳用作单向清洁介质。它是从液态二氧化碳转化而来的，也就是储存在温度为-20°C，压力为20 bar的低温罐或+57°C的高压罐中。 20°C [5]。当它通过焦耳-汤姆森效应和固体二氧化碳积雪冷却至-78.5°C时迅速膨胀至大气压时]。液压将二氧化碳雪压过模具的锥形孔以形成圆柱形干冰颗粒。颗粒参数（密度，硬度，形状）在生产过程中会受到条件（例如压实度）的影响。干冰清洁的基本优点是，干冰的升华不会留下任何残留物。尽管其他清洁过程需要复杂的处理或增加处置成本，但介体仍保留在工件的结构中（例如钻孔和空腔）[2]。由于无毒的喷射介质二氧化碳，因此不需要特殊的空气清洁设备。去除涂层颗粒可以被滤出。由于无腐蚀的研磨性能，因此无需对工件进行后处理。干冰清洁可以实现柔软的分层，甚至可以形成敏感或结构化的表面。可以通过干冰洗涤去除污染物和保护膜（例如油漆，金属零件）。高度附着或坚硬的污染物以及保护性或功能性涂层很难去除。用干冰清洗后的锈很难完全清除。尽管干冰清洁是高度清洁和灵活的清洁技术，但它也有缺点。用作爆炸性介质的固体二氧化碳会升华，并且必须在有限的程度上吸收以允许工作场所中的气态二氧化碳浓缩。这些限制取决于。释放的二氧化碳是不同化学物质（对于例如，氨合成）Haber-Bosch法以及氢和氢乙醇合成）[6]。因此，它对温室效应没有帮助。此外，操作员必须意识到低温可能带来的危险，并且必须执行特殊的工作安全规定。另一个缺点是由于高达125dB（A）的声压级而导致爆裂压力高。机械冲击颗粒被施加到有限的程度，并且在加速过程中气流的喷射速度增加了喷射喷嘴的压力。操作员必须穿戴适当的听力保护装置，并接受进一步的安全指导程序培训。 2.2激光加工是近来越来越重要的技术。激光束将激光能量聚焦通过聚光镜，以确定在几个微米（例如焦距）的焦点处的激光束烧蚀。扫描仪系统通常由两个可处理水平焦距（focus）的旋转镜组成。需要带有附加定位系统的用于处理3D形状的样品或扫描仪系统。通过这种集中的激光应用，可以通过激光加工参数灵活地清洁，构造或修改表面。能量的受控施加可根据情况熔化或升华表面材料，这取决于污染物涂层的组成和厚度以及激光工艺参数。更多的应用领域是去除涂漆的金属零件（例如交换引擎）[8]，去除焊缝的尺寸和尺寸[9]以及清洁铁路，纪念碑和塔楼。激光加工的清洁和脱涂层具有重要的优势。它结合了接触和低热量的影响，并具有很高的加工精度，可应用于敏感表面。提供选择性清洁，以去除易于控制的深度一致的材料。因此，可以实现非常高的自动化程度，尤其是在线控制。去除较厚的污染物和涂层是经济的，有时甚至在技术上受限的应用中也是如此。参数越研磨，激光加工的风险就越高，并且在不一致涂层下基材的表面污染也就越大。对于激光加工，还有特殊的安全说明。根据类型，激光工艺的波长和功率，需要适当的屏蔽。此外，工人必须戴上护目镜并执行有关因激光源高电压而引起的危险的特定安全说明。 2.3磨损的硬涂层，例如热喷涂热障燃气轮机组件涂层（TBC），由于干冰清洁颗粒的硬度低而难以去除。由于原材料的高价值和成本，这些部件的叶片维护和回收对于燃气轮机的制造过程非常重要。尽管此方法[10]也是非常经济的，但与常规清除方法相比，它在生态上是有益的。混合概念可以合理地减少这种消耗。用复杂的三维模具清洗汽车行业可能成为另一个应用领域。由于干冰清洁敏感材料仅限于特定的破裂压力。这两种技术的组合提供了不同的处理策略。根据激光器和样品激光器的相对位置，可以在没有聚焦的情况下施加聚焦。取决于激光和干冰，两种技术都可以应用于冰爆炸设备的同一焦点。两个不同的协调中心允许重复进行单独的快速更改，以通过振荡处理独立的技术运动。因此，它们都不会影响彼此。例如，否则，由于激光，粒子可能在撞击表面之前升华光束。两种技术使用相同焦点的关键点将更容易实现。而可以应用激光对表面进行加热以聚焦激光应用以进行定义的表面处理。使激光散焦可防止工件冷却。当干冰颗粒撞击时，温度越高，对表面的热影响就越大，效率就得到提高。因此，必须根据由基板表面决定的吸收率来选择波长。专注于l如果需要，可以对工件的定义表面进行结构化或平滑处理。因此，可以通过干燥并最终纯化最终的激光加工来进行冰清洁和清洁步骤。它还允许在潜在的预处理过程之后（例如，达到一定的粗糙度）进行联合清洁。两种技术都可以在同一焦点或不同位置使用。 3.实验设置易于复制的标准用于分析多次涂覆的高粘度涂料制造过程中工件的去除或从用过的产品中去除一些剩余的涂层。涂有厚度为50μm的PUR-2成分清漆的标准定义为100μm和200μm，并以白色，底漆和黑色面漆两层形式涂覆。热镀锌钢板使用与基材相同的尺寸（150mm×50mm）。此外，使用同一块板生产生锈的样品：基质材料在一定的酸性环境中暴露一定的时间。用于干冰清洁TVM45-V2设备。该设备基于注射原理。对于激光加工“ DilasDiodenlaser1500W”，使用Mainz的DilasDiodenlaserGmbH。二极管激光器的波长为940±5nm，输出功率为1500W。激光束聚焦到3.8毫米x8毫米的区域。将激光和干冰清洁喷嘴调整到同一焦点，然后用机器人移动样品。将热像仪系统“ JadeIIMWIR” CEDIP添加到混合清洁设备中，以监控样品的表面温度。摄像机确定温度范围为-30°C至1500°C，并测量3微米至5微米波长的热辐射。它提供170 Hz至250 Hz的帧频。 30°C时的热分辨率小于20mK。重要的是，关于样品的形状，不得在内部激光束的反射角范围内安装热像仪。图1显示了用于优化混合动力车辆的最终概念清洁设备。图1：用于干式混合清洁设备，二极管激光器（B）和热像仪（C）的概念冰爆炸喷嘴（A）。根据结果​​优化的混合清洁设备包括热像仪。 90°干冰清洁的迎角和10 mm的喷砂距离会导致去除结果。图1显示了激光系统相对较小的迎角。这是因为必须使用干冰清洁系统，否则喷砂嘴可能会受到激光的影响，并且喷头可能会减少激光返回样品所引起的能量。可能有一个小的迎角激光束。样品具有足够的吸收率，并且激光系统提供了足够的功率。通过增加干冰清洁的热机制，混合概念可以减少机械师特定清洁任务的影响。这允许降低导致爆炸压力降低的声压级。热成像摄像机之间的连接可监控样品的表面温度，并且通过控制激光功率可以自动控制表面温度。这为热敏应用提供了新的材料领域。为了测量去除率，垂直于机器人的运动检测表面轮廓。因此有触觉。测量装置“ Talysurf-120L”使用的是威斯巴登。所应用的感测设备的圆锥形尖端的半径为2μm，角度为60°。横截面积（CSA）根据测试结果计算去除材料的轮廓。计算软件” Talymap University。在图2中使用了2.0.10英寸。与a。相比，重量测量方法具有优势。有关材料清除的其他信息垂直于机器人的运动方向。根据CSA和每个人的单独输入来计算涂层的体积去除率。进行速度测试。图2：基于检测到的CSA进行的计算垂直于机器人运动的轮廓。首先，优化干冰喷射技术以达到材料去除率（喷射压力，喷射喷嘴与表面之间的距离，喷射角度和干冰质量流量）。结果示例性地显示在图3中。图3：干冰注射的优化压力：12 bar（A），10 bar（B），8 bar（C），6 bar（D），4 bar（E）对于混合技术，由于设备尺寸的原因，这些过程参数无法实现。优化的干冰清洁角度为90°，必须调整为78°，喷砂距离为10毫米至220毫米。适当的进给速度通过光学评估选择。 4.实验结果干冰喷射参数的喷射压力，喷射角度，干冰质量流量和喷射距离均是恒定的。首先，将具有独立工艺激光（A）和干冰清洗（B）的结果与具有相同工艺组合技术参数的混合技术（C）进行比较。除了上述测试中说明的涂层标准外，还适用于生锈的样品。表1列出了激光加工，干冰清洗和混合干冰清洗-激光加工的工艺参数。表1：工艺参数进给速度：涂层试样每分钟60厘米（图3）。生锈的样本每分钟14厘米（图4）。激光参数：功率1077W干冰清洁参数：爆破压力12 bar干冰质量流量60 kg /每小时爆破距离为220 mm，迎角为78°。图4示例性地示出了材料去除的结果。图5示出了涂覆样品的测试结果和生锈的样品的清洁测试的结果。工艺参数是相同的，但仅材料速度适用于不同种类的样品。图4