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激光在石材清洗中的應用

更新時間2011-7-28 17:37:18 點擊次數3347
激光清洗技術是近10年來飛速開展的新型清洗技術,它以本身的許多優點在眾多范疇中逐漸取代傳統清洗工藝。本文引見了激光清洗的原理和激光清洗的一些典型應用,展現了激光清洗這一\"綠色\"清洗技術寬廣的開展前景。
一、.激光清洗原理
  激光具有高亮度,高方向性、高單色性和高相干性的特性,這是普通光源所無法比較的。應用激光的高亮度,經過透鏡聚焦后,能在焦點左近產生上千萬度以至上萬度的溫度。激光的高方向性使得激光能有效停止長間隔傳輸。激光的單色性極高,波長單一,有利于聚焦和波長選擇。
  激光清洗就其清洗機理而言,可分為兩大類:一類是應用清潔基片(也稱為母體)與外表附著物(污物)對某一波長激光能量,具有差異很大的吸收系數。輻射到外表的激光能量,大局部被外表附著物所吸收,使之受熱或氣化蒸發、或霎時收縮,并被外表構成的蒸氣流帶動脫離物體外表,到達清洗目的。而基片由于對該波長的激光吸收能量極小,不會被損傷。對此類激光清洗,選擇適宜的波長和控制好激光能量,是完成平安高效清洗的關鍵。另一類是適用于清潔基片與外表附著物的激光能量吸收系數差異不大,或基片對涂層受熱構成的酸性蒸氣較敏感,或涂層受熱后會產生有毒物質等狀況的清洗辦法。 該類辦法通常是應用高功率高反復率的脈沖激光沖擊被清洗的外表,使局部光束轉換成聲波。聲波擊中下層硬外表后,近回的局部與激光產生的入射聲波微小爆炸,涂層被粉碎、壓成粉末,再被真空泵肅清,而底下的基片不會損傷。
  激光清洗與機械磨擦清洗、化學腐蝕清洗、液體固體強力沖擊清洗,高頻超聲清洗等傳統清洗辦法相比,有明顯的優點。它高效、快捷、本錢低,對基片產生的熱負荷和機械負荷小,清洗為非損傷;廢物可回收,無環境污染;平安牢靠,不損傷操作人員安康;多功用,能夠肅清各種不同厚度、不同成份的涂層;清潔過程易于完成自動化控制,完成遠間隔遙控清洗等。
  二、.激光清洗的辦法
  從辦法上剖析,激光清洗辦法有4種:1.激光干洗法,即采用脈沖激光直接輻射去污;2.激光+液膜辦法,即首先堆積一層液膜于基體外表,然后用激光輻射去污;3.激光+惰性氣體的辦法,即在激光輻射的同時,用惰性氣體吹向基體外表,當污物從外表剝離后會立刻被氣體吹離外表,以防止外表被再次污染和氧化;4.運用激光使污垢松懈后,再用非腐蝕性化學辦法清洗。目前,常用的是前3種辦法。第4種辦法僅見于石質文物的清洗中。
  三、.激光清洗的應用
  1激光清洗石材
  石雕和石刻等年代長遠的高檔石質藝術品,由于其極精密和易損的外表構造,成為激光清洗技術應用最早的范疇。人們發現,用激光肅清石質文物外表的污垢有其共同的優勢,它可以非常清確地控制光束在復雜的外表上挪動,肅清污垢而不損傷文物石材。例如,1992年9月,結合國教材文組織的世界文化遺產維護組織為留念該組織創立20周年,對非常著名的英國亞眠大教堂停止了維修,亞眠大教堂西側圣母門非常精巧的大理石雕琢是工程的關鍵。在為期一年的圣母門維修工程中,維修人員借助于激光,用激光光束除去了掩蓋在大理石雕琢花紋上幾毫米厚的黑色垢層,大理石外表原來的色澤表現出來,使精巧的雕琢重現光榮。又如,英國最重要的石雕珍藏處之一的英斯布倫蒂爾的石雕珍藏品經激光清洗后,也得到同樣的效果。圖1為奧天時的文物維護工作者用帶有關節臂的YAG激光對14世紀中葉的St.Stephen大教堂上的石雕停止清洗。
  人們用電子顯微鏡察看激光清洗后的石雕外表,發現激光清洗后石頭的構造沒有變化,被清洗的外表既潤滑又平整,沒有損傷。這跟用微粒子放射法(噴砂法)清洗后的外表完整不同。微粒子放射法清洗后大理石外表構造的損傷是難以防止的,特別是對已有硫酸鹽垢層的大理石外表。電子顯微鏡的察看還發現,激光映照后,外表下巖石資料的各項性質既無退化,也無改動。目前,用激光清洗石灰后,大理石等高檔石質材料外表污垢的工作已成為一項新的很有出路的業務項目。除了對石質資料的清洗外,激光清洗在玻璃、石英、金屬、模具、牙齒、芯片、電極、磁頭、磁盤以及各種微電子產品的清洗中都有很好的效果,曾經有了一定的應用。
  四、激光清洗效益剖析
除此以外,工業上還用激光對模具停止定期清洗,以保證產品的質量,下面以激光清洗輪胎模具為例,闡明激光清洗與脫機噴砂清洗和干冰清洗設備相比的經濟效益。激光清洗技術具有明顯優勢:清洗快速,勞動強度低,無磨損,對操作員無風險。但是,設備的首期投資較高,達30~60萬美圓。因而工廠需求確立一個合現的投資回收方案。典型的JET激光系統工廠能夠在18個月內獲得投資回收。硫化停工時間短,勞動力本錢低,模具磨損少以及較低的消費本錢是潛在的效益。譬如,一臺日產 20000條輪胎的設備,按8臺硫化機(16模)每天均勻清洗一次的請求,假定每班清洗3臺硫化機或每天清洗9臺硫化機(有的工廠清洗兩次),從友誼競賽化機上拆下兩半模具停止脫機清洗,大約需求15h的作業和10h的停機時間,如采用激光對兩半模具停止清洗,則需求0.3h的作業和3h的停機時間,這樣,清洗完一臺硫化機就能夠節約14h的作業和7h的停機時間。又假定,只做10次清洗(5臺友誼硫機),5次在模具車間停止脫機清洗,采用激光清洗將產生宏大的報答:每天可節約70小時的作業和35小時的停機時間,那么按一年320天的工作日算,每年可增加22400小時作業和11200小時的上機時間。
  激光清洗設備的維修和維護費用也應該計算在內,為擦潔凈激光鏡和肅清堆積在過濾器上的剩余物,每周需對安裝停止30min的維護,每4周對主要部件停止60min的檢修。每6個月依照制造商的請求對安裝停止常規維護并運轉一次激光系統。大局部機械部件能夠和激光器機架一樣都有10年以上的運用壽命,一些激光部件在運用大約3000h后請求交換。這些零部件可在常規預防維修期間停止現場改換。激光安裝加上其一年的保修效勞,包括易損件的改換并提供典型備件,總算起來操作本錢約為每小時4~8美圓。一切設備都裝置有Modem(調制調解器),這樣制造商就能夠提供遠程效勞。
綜合以上要素,總體來看,激光清洗技術的經濟效益是非常顯著的。
  五、.完畢語
  用激光停止焊接和切割等加工工藝曾經有多年的歷史,但是用激光清洗外表卻是一項相對年輕的技術。雖然這項工藝能肅清一切有機資料(如口香糖的肅清),但在工業清洗中的應用直到最近才開端。置信隨著激光器的開展和激光清洗技術的不時完善,將會在各種清洗范疇里得到越來越多的應用。
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