激光清洗技术原理以及在高端制造业的应用解析

陈思博

摘 要： 激光清洗是近年来快速发展的一种新型表面处理技术，相对于传统表面清洗方式，激光清洗技术具有高清洁度、高效率、低成本、清洗不损伤零部件、环保、安全可靠等优点，现已逐步应用于高端制造业、精密产品的维修和保养等方面。

关键词： 激光清洗；原理；应用

1 引言

在高端制造业，工业制品在电镀、磷化、喷涂、焊接以及装配时，为保证工件的质量，必须除去产品表面的污垢、油脂、灰尘、铁锈等污染物，目前最常用的表面清洗方式是机械清洗法和化学清洗法，随着我国环境保护法规要求越来越严格以及产品不断向精密化、高端化发展，传统的清洗方法已经无法满足产品表面高清洁度、高效率、低成本、高环保的清洗要求。

为满足高端制造业越来越高的表面清洗需求，激光清洗技术应运而生，激光清洗技术因具有无作用力、无化学反应、无热效应和适用于各种材质等清洗特点，被认为是最可靠、最有效的表面处理技术。

2 激光清洗技术的原理

激光清洗技术主要利用了激光的以下特性：

1）激光通过透镜可以实现能量的高度集中，聚焦的激光束在焦点附件可产生几千度甚至几万度的高温，使污垢瞬间蒸发、气化或分解。

2）激光束的发射角小，方向性好，通过聚光系统可以使激光束聚集成不同直径的光斑。在激光束能量相同的条件下，控制不同直径的激光束光斑可以调整激光的能量密度，当污垢受热膨胀的膨胀力大于污垢对基体的吸附力时，污垢便会脱离物体的表面。

3）激光光束可以通过在固体表面产生超声波，产生力学共振，使污垢破碎脱落。

激光清洗技术正是利用了上述激光的特性从而达到清洗的目的，根据被清洗基体与被清除污垢的光學特性，可以将激光清洗机理分为两大类：

一类是被清洗的母材与表面附着物对某一波长激光能量的吸收系数具有很大差别情况的清洗方法。这种情况激光应选取表面附着物吸收系数最大的波长，当该波长的激光辐射到母材表面时，大部分激光能量被表面附着物所吸收，附着物受热瞬间膨胀，附着力急剧下降自动脱落或气化蒸发，从而达到清洗目的。

另一类是被清洗母材与表面附着物的激光能量吸收系数差别不大，或表面附着物受热会形成酸性蒸汽、或表面附着物受热后会产生有毒物质等情况的清洗方法。该类方法通常是利用高功率高重复率的脉冲激光冲击被清洗的母材表面，使部分光束转化成声波，声波击中下层硬表面后，返回的部分与激光产生的入射声波发生干涉，产生高能波，使表面附着物发生小范围的爆炸，附着物被压成粉末，再被真空泵清除，而底下的母材却不会损伤。

3 激光清洗技术的优点

与传统的机械清洗法、化学清洗法相比较，激光清洗技术有以下优点：

1）效果优势：传统的清洗方法是接触式清洗，存在易损伤物体表面、清洗不彻底或清洗的介质产生二次污染等缺点。激光清洗可以在不损伤物体表面的情况下高清洁度进行清洗，无污物残留。

2）环保优势：激光清洗是利用脉冲激光辐射去污，不使用任何溶剂，不产生附加物质，无光化学反应，而且避免了机械清洗产生的噪声，可以轻易的解决化学清洗带来的环境污染问题。

3）控制优势：激光可以通过光纤传输，方便实现远距离操作，能清洗传统方法不易达到或危险的地方。

4）便捷优势：激光清洗技术通过选取不同的激光功率和脉冲频率能够清除各种材料表面的各种类型的污染物，达到较高的清洁度，而且还可以有选择性地清洗母材表面的污染物。

5）成本优势：激光清洗速度快、效率高、运行成本低，对于流水作业生产可以节省大量时间，而且激光清洗设备易实现自动化操作，进一步提高生产效率。

4 激光清洗在高端制造业中的应用

4.1 高端制造业生产过程中的表面清洗

高端产品在电镀、磷化、喷涂、焊接、装配生产时，必须除去产品表面的油脂、灰尘、锈垢等污染物，用传统的化学清洗工艺和机械清洗工艺进行清洗，操作不便，所需时间长，生产效率低，而且机械清洗易损伤产品表面，化学清洗具有时效性（化学清洗后要求24h内进行下道工作，否则应重新清洗）。采用激光清洗技术，可以实时、高效、快捷、选择性地清除产品表面的各类污染物，而且激光清洗的清洁度高于传统清洗工艺。同时激光清洗技术也可用于清除各类原材料、零部件、工装夹具由于长时间存放或使用后出现的锈蚀、腐蚀缺陷。

4.2 高端制造产品的维护保养

高端制造产品经过一段时间使用或存放后需进行维护保养，工作量最大的就是表面重新喷漆保养，喷漆之前需要将原来的旧漆完全去除，现阶段采用的方式为溶剂清洗和机械清洗，存在劳动强度大、效率低、清洗不干净，溶剂、汽油、酒精危害职工身体健康，易对产品表面造成损伤等缺陷，若采用激光清洗技术，可以高效的有选择性的对产品表面旧漆进行清理。同时激光清洗技术在产品后期维修过程中可以选择性的对需返修部位表面进行清理。

5 总结与展望

激光清洗技术相对于传统的清洗技术而言不论是在在经济效益、清洗效果还是“绿色工程”方面有很大的优势，具有广阔的市场前景。随着产品不断向高、精、尖方面发展，激光清洗技术将不断普及和应用。

参考文献

[1] 张魁武.激光清洗技术评述[J].应用激光，2002，22（2）：264-268.

[2] 王宏睿.激光清洗原理与应用研究[J].清洗世界，2006，9.

[3] 刘建华，柳权.激光清洗技术的应用[J].光机电信息，2006，1.