激光清洗在船舶涂装施工中的应用探索

刘志同

摘要：激光清洗是一种新型的表面处理技术，该技术具有非接触型、降噪降尘、同时去除锈蚀、涂层、油污等各类表面污染物的特点，是降低劳动强度，改善施工环境的有效方式。由于尚未完全成熟的除锈技术，除锈效果基本满足要求、施工效率相对偏低，暂时无法满足大面积的除锈施工，对局部狭小区域的除锈具有明显优势。

关键词：激光清洗;船舶涂装;施工;应用探索

1.激光清洗原理

激光清洗技术是指利用高频高能激光脉冲照射工件表面，涂覆层可以瞬间吸收聚焦的激光能量，使表面的油污、锈斑或涂层发生瞬间蒸发或剥离，高速有效地清除表面附着物或表面涂层的清洁方式，而作用时间很短的激光脉冲，不会伤害金属基材。

激光清洗技术通过能量集中的单一波长聚焦于工件表面，覆盖层（氧化物，铁锈，油漆）对激光能量吸收率高，金属基材对该波长激光吸收率低，使表面的覆盖物由于热膨胀而剥离或气化;并通过调整光斑尺寸改变激光能量集中程度，通过调整激光的频率在工件表面形成冲击波清除工件表面剥离的污染物。

2.激光清洗技术调研

激光清洗是近10年来飞速发展的新型清洗技术，现已应用于磨具、汽车、航空等设备的清洗除污作业，如果激光清洗后的钢板可以达到造船行业要求，那么其意义是革命性的，在确保钢板表面清洁的同时，替代传统手工除锈除漆，改善施工环境，降低劳动强度，提高施工效率，展示出广阔的发展前景。

激光清洗技术研究起步于80年代中期，清洗去污范围非常广泛，从厚锈层到抛光表面微颗粒，在微电子工业、艺术品保护和精密设备等区域应用发展已非常成熟。国内的激光清洗技术起步较晚，基本上处于跟踪国外的发展，在除锈和清除牢固污染物方面的研究处于实验阶段。激光清洗技术的广泛应用前景值得投入人力物力，深入研究该技术和开发相关设备，尽快将此技术投入到工业化生产中。

3.激光清洗试验论证

激光清洗主要是利用激光产生的高温使表面的污物气化，从而消融分解;同时通过高频脉冲激光的作用，使基体表面和污物粒子产生振动，形成冲击力使吸附表面的污物粒子脱离，达到去污的目的。

通过国内外激光设备厂家的调研和现场试验，了解到激光清洗设备的除锈除污效果较传统打磨较好，且无明显粉尘、烟雾等污染，调研及试验过程中进口设备的除锈效果及施工稳定性明显好于国产设备，激光清洗技术国产设备与进口产品还具有一定的差距。

3.1试验过程：

（1）2kw自动小车激光器：E级板手刷车间底漆65微米 清洗2次后微观图片，清洁光亮具有明显粗糙度 全部清除后，基本无残留。

（2）500w自动激光小车：921钢板环氧底漆60微米清洗4次后微观图片，清洁光亮具有较小粗糙度，全部清除后，微量痕迹残留 。

（3）80w便携式激光器：E级板材A级锈蚀并油污，80W便携设备清洗1次后，清洁光亮表面，无明显粗糙度，全部清洗后，少量灰暗痕迹残留。

30w便携式激光器：921钢板B级锈蚀 清洗后状态，表面清洁呈金属光泽，局部残留少量灰暗色斑迹。

3.2试验结论：

（1）2Kw激光设备用于清洗车间底漆及环氧底漆：

1.清洗表面清洁光亮，达到涂层表面处理要求，效果优于打磨处理，清洗后具有明显粗糙度，利于后期涂装施工作业;

2.激光清洗对浅色系涂层清洗效果差，可以清除涂层，但施工效率降低;

3.单台设备清洗钢板至光亮，效率为2～3M2/h，施工效率相当于1.5名打磨工;

4.激光所到之处均可以达到相应的清洗效果，对于狭小难以接触区域清洗具有明显优势;

（2）500w激光设备用于清洗车间底漆及环氧底漆（深色系）：

1.清洗表面清洁（略有残留暗灰色斑），效果与打磨处理相似，清洗后具有一定粗糙度，利于后期涂装施工作业;

2.激光清洗对浅色系涂层清洗效果差，可以清除涂层，但施工效率降低;

3.单台设备清洗钢板至光亮，效率为1～1.5M2/h，施工效率相对较低;

4.激光所到之处均可以达到相应的清洗效果，对于狭小难以接触区域清洗具有明显优势;

（3）80W便携激光设备用于清洗锈蚀油污及旱烟污染：

1.清洗表面清洁光亮，基本达到涂层表面处理要求，清洗涂层效率低于清洗锈蚀油污，清洗后钢板表面无明显粗糙度;

2.清洗激光非长时间聚焦，不破坏完好涂层，尤其对浅色面漆涂层影响小;

3.激光清洗可去除完好涂层表面污染物及旱烟，清除狭小区域烧坏涂层及锈蚀;

（4）30W便携激光设备用于清洗锈蚀油污及旱烟污染：

1.清洗表面清洁光亮，清洗涂层效率低于清洗锈蚀油污，清洗后钢板表面无明显粗糙度;

2.清洗激光非长时间聚焦，不破坏完好涂层，尤其对浅色面漆涂层影响小;

3.激光清洗可去除完好涂层表面污染物及旱烟，清除狭小区域烧坏涂层及锈蚀。

4.激光功率小，对完好涂层无明显影响，清洗施工效率低;

4 总结

根据以上的试验和调研我们可以看出，冷却方式不同分为风冷式和水冷式两种，风冷设备的体积相对较小，功率在30W-200W，可以制作成背包或者拉杆箱的形式，方便人力搬运上下船，用于船台码头阶段的小面积锈蚀和烧坏油漆去除。水冷设备功率在200W-2000W，由于功率较高必须采用水冷方式，设备体积较大，不方便移动，比较适合涂裝内场固定施工方式，通过延长激光发生器到手柄之间的光缆长度来延伸工作面积，可以制作专用的操作平台，用于小型的舾装件面积除锈施工工作。

激光清洗作为一种新型的表面处理技术，考虑到施工效率、生产成本等因素在目前阶段还不能完全替代传统的船舶打磨及冲砂等除锈方式，但随着激光发生器、冷却技术等的不断进步以及设备采购成本的降低，激光清洗这种清洁的施工方式会慢慢取代传统的施工方式。

参考文献：

[1]唐黎标.船舶涂装与涂料选用[J].涂层与防护，2020（12）

[2]邓小伟.浅谈质量控制在船舶涂装中的作用[J].北方交通，2017（03）