Ein Jahrhundert nachdem Professor Theodore Harold Maiman den ersten Rubinlaser der Welt erfunden hat, sind nach und nach Laser aufgetaucht, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden können. Der Einsatz der Lasertechnologie hat zu einer rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technologie in den Bereichen Medizin, Geräteherstellung, Präzisionsmessung und Wiederaufbereitungstechnik geführt und das Tempo des gesellschaftlichen Fortschritts beschleunigt.
In den 1980er Jahren wurden die kontaminierten Teile einiger Gegenstände mit Laserstrahlen bestrahlt, und die bestrahlten Substanzen durchliefen eine Reihe physikalischer und chemischer Prozesse wie Vibration, Schmelzen, Verdampfen und Verbrennung. Die Schadstoffe auf der Oberfläche lösten sich schließlich von der Oberfläche der Gegenstände, wodurch die Schadstoffe entfernt wurden. Seitdem hat man begonnen, sich mit der Laserreinigung zu beschäftigen. Nach jahrzehntelanger Entwicklung hat sich die Laserreinigungstechnologie von der Laborforschung zu Fertigungsanwendungen entwickelt, und verschiedene Laserreinigungsmaschinen sind nach und nach in die Reihen moderner intelligenter Fertigungsanlagen eingestiegen.
1. Vergleich von Laserreinigung und herkömmlichen Reinigungsmethoden
Bei der Laserreinigungstechnologie werden hochfrequente und energiereiche Laserimpulse zur Bestrahlung der Werkstückoberfläche eingesetzt. Die Beschichtungsschicht und die Verunreinigungsschicht können die fokussierte Laserenergie sofort absorbieren, wodurch Öl, Rost oder Beschichtung auf der Oberfläche sofort verdampfen oder sich ablösen und Oberflächenanhaftungen oder Oberflächenbeschichtungen schnell und effektiv entfernt werden. Laserpulse mit sehr kurzer Einwirkzeit beschädigen das Metallsubstrat unter geeigneten Parametern nicht. Abbildung 1 zeigt die mikroskopischen Phänomene der Laserreinigung unter verschiedenen Mechanismen der Vergasung und Mikrostoßfragmentierung.
Im Vergleich zu herkömmlichen Reinigungsmethoden bietet die Laserreinigung einige Vorteile, die herkömmliche Reinigungsmethoden nicht erreichen können. Die Laserreinigung ist eine berührungslose Reinigungsmethode, die den Untergrund kaum beschädigt. Es zeichnet sich durch hohe Flexibilität, Stabilität und Automatisierungseigenschaften, gute Reinigungsqualität, hohe Präzision und Umweltschutz aus. Es handelt sich um ein „grünes“ automatisiertes Reinigungsgerät. Tabelle 1 vergleicht verschiedene Reinigungsmethoden.
2. Zusammensetzung des Laserreinigungssystems
Obwohl die Reinigungsausrüstung unterschiedlich ist, sind die Hauptkomponenten im Wesentlichen ähnlich, einschließlich Computersteuerungssystem, Lasersystem, Strahlanpassungssystem usw., siehe Abbildung 2. Darüber hinaus sind auch einige unterstützende Geräte enthalten, beispielsweise ein Staubentfernungs- und Reinigungssystem , Manipulator, laserinduziertes Durchbruchspektrometer (LIBS), visuelles Positionierungssystem und Wärmebildsystem.
Während der Reinigung spielt das Computersystem eine zentrale Kommunikationsrolle, da es gleichzeitig den Laser und das System zur Anpassung des Strahlengangs steuert. Der Laserstrahl wird über eine Glasfaser übertragen und gelangt in das Strahlanpassungssystem. Nachdem der Strahl fokussiert ist, erreicht der Punktdurchmesser eine sehr kleine Größe und wirkt gleichmäßig auf die Oberfläche des Metallreinigungswerkstücks.
3. Breite Anwendung der Laserreinigungstechnologie
Die Laserreinigung wird als Reinigungsverfahren in der industriellen Produktion eingesetzt, mit dem Rost, Schmutz, Farbe, Kohlenstoffablagerungen und verschiedene Beschichtungen effektiv entfernt werden können. Es wird häufig in verschiedenen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, Schienenfahrzeugen, der Mikroelektronik, dem Schutz kultureller Relikte und der medizinischen Behandlung eingesetzt, wie in der Abbildung dargestellt
4. Reinigung vor und nach dem Schweißen
Die Laserreinigungstechnologie kann in großem Umfang bei der Reinigung von Metallmaterialien wie Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen, Edelstahl und Hochtemperaturlegierungen vor und nach dem Schweißen eingesetzt werden, wodurch die Entstehung von Defekten wie Einschlüssen und Poren wirksam verhindert werden kann. Nach dem Schweißen kann es auch zur Oxidationsreinigung nach dem Schweißen verwendet werden, sodass die beim Schweißvorgang entstandene Oxidschicht wieder entfernt werden kann, um den metallischen Glanz wiederherzustellen.
Die Laserreinigungstechnologie wurde verwendet, um den anodischen Oxidfilm der Aluminiumlegierung lokal zu reinigen, und die gereinigte Schweißtestplatte wurde stumpfgeschweißt. Die Schweißqualität wurde durch Röntgendetektion bewertet und die metallografische Struktur beobachtet und analysiert. Die Auswirkung der Entfernung des Oxidfilms auf die Schweißleistung wurde durch einen Zugversuch bei Raumtemperatur getestet. Wie in Abbildung 4 dargestellt, zeigen die Ergebnisse, dass der anodische Oxidfilm gründlich gereinigt wurde, die Zugfestigkeit der per Laser gereinigten Aluminiumlegierungsverbindung 298–303 MPa betrug und die Zugdehnung beim Bruch 6,2 %–6,5 % betrug. Der Leistungsbereich der lasergereinigten Schweißnaht entsprach dem der mechanisch geschabten Schweißnaht. Th
