雷射除鏽原理詳解

Mondo 科技 更新 2024-02-01

網上,書中對雷射除鏽原理的解釋很多種,大部分都太難理解了,什麼熱效應、光效益、光學機械效應、等離子體等複雜概念,很容易讓讀者感到困惑,對於普通使用者來說,這些概念就沒有必要深入研究了, 只需要了解基本邏輯,就會用機器上去,今天我們就用最簡單的語言來講解雷射除鏽的原理。

在除鏽中,材料分為兩部分,汙染物和基材。 汙染物是鏽層,基材是金屬,雷射除鏽是利用雷射在不損壞母材的情況下去除汙染物鏽層。 雷射的特點是不同波長的雷射對不同的物質有不同的吸收率,只需要選擇對鏽層吸收率非常高的雷射器,就可以達到完美的除鏽效果。 例如,波長為1064nm的光纖雷射器對導體材料的吸收率很高,波長為10600nm的二氧化碳雷射器對絕緣體材料的吸收率非常高,波長為532nm的綠光雷射器對半導體材料的吸收率非常高,波長為355nm的紫外雷射幾乎可以吸收所有東西, 這是一種冷光源。雷射吸收率的特點是:導體材料吸收率高的雷射器對絕緣體材料的吸收率往往極低,反之亦然,絕緣體材料吸收率高的雷射器對導體材料的吸收率往往較低。 半導體材料吸收率高的雷射器對導體和絕緣體也有一定的吸收率。 在雷射除鏽中,汙染物是鏽層,它既不是導體也不是絕緣體,其性質與半導體相似,理論上,532nm綠光雷射的波長是半導體材料中吸收率最高的,是除鏽的最佳選擇,但價格太貴,市面上的雷射除鏽機一般採用光纖雷射, 它是最便宜的雷射器,價效比最高的雷射器,雷射器除鏽成本最低。

光纖雷射除鏽的原理是:光纖雷射器的波長為1064nm,對鏽層和母材的吸收率很高,雷射焊接、雷射切割都使用光纖雷射器,這意味著如果操作不當,母材就會損壞。 但好訊息是,金屬對雷射的反射率遠大於鏽層的反射率,雷射的總能量=吸收+反射+衍射,雷射對鏽層的吸收率高達80%以上,金屬對雷射的吸收率小於20%, 大部分被反射浪費了,只有一小部分能量被金屬吸收,鏽層的反射率要低得多,它可以吸收大部分的雷射能量,而且鏽層的汽化溫度遠低於母材,所以有乙個中間值, 它可以在不損壞母材的情況下去除鏽跡,這個值在很小的空間裡。這個空間值用雷射能量密度來表示,隨著雷射能量密度的不斷增加,剛好能去除汙染物鏽層的值稱為清洗閾值,剛好能損壞母材的值稱為損傷閾值,雷射能量密度必須在清洗閾值和損傷閾值之間。 如果雷射能量低於清洗閾值,則無法蒸發鏽蝕,無論掃瞄多少次都無法去除鏽跡,如果超過損壞閾值,則在去除鏽蝕的同時會損壞母材。

能夠吸收雷射能量是雷射除鏽的基礎,除了光纖雷射器、二氧化碳雷射器、紫外雷射器、綠光雷射器都有一定的鏽層吸收率,這意味著這些雷射器可以用來除鏽,雷射除鏽機不僅限於光纖雷射器,它只是雷射器除鏽的裝置之一, 在實戰中應根據不同的應用場景選擇不同的機器,無論什麼樣的雷射裝置,除鏽邏輯都是一樣的,確定汙染物和基材,選擇合適的雷射器,調整合適的雷射引數,設計合適的工藝流程,以達到完美的除鏽效果。

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