Принцип работы, правила выбора, стоимость лазера для удаления ржавчины

Технология лазерной очистки

Для того, чтобы провести лазерную зачистку металла от ржавчины, нужен специальный аппарат, фокусирующий мощный световой поток. Принцип работы устройства заключается в способности чистого металла отражать лазерное излучение, когда вещества с более сложным составом его поглощают. В результате слой ржавчины, который включает смесь трех оксидов железа, пленок гидроксидов и разных загрязнений, начинает накапливать энергию, нагреваться и слущиваться с основания. Если мощность лазерного оборудования высока, то налет плавится и испаряется.

Лазерная абляция

Чаще всего лазерная очистка металла от ржавчины производится при помощи абляции – импульсного излучения, вызывающего испарение оксидной пленки. Последняя «приподнимается» над поверхностью в форме плазменного облачка, затем рассасывается. Абляция происходит на границе двух фаз: газообразной и конденсированной – и начинается благодаря резкому перепаду температур (оборудование способно разогреть основание до +16500 градусов).

Порядок работы прибора таков:

1. Сканирование (диагностика). Лазер определяет глубину обработки при помощи кратковременного импульса, издаваемого рабочей головкой.
2. Основной этап. В автоматическом режиме выбирается мощность, осуществляется полное снятие ржавчины.

Десорбция

Под десорбцией понимают условно более мягкое воздействие на ржавчину фотонным пучком, которое вызывает отделение поверхностного слоя в форме чешуек. Для таких установок характерна малая мощность, приводящая к нагреву без фазовых превращений. Обычно для достижения нужного эффекта при толщине оксидной пленки 50-75 микрон плотность тепловой энергии не должна быть меньше 106 Вт/кв. см, диаметр ионно-фотонного пучка – до 100 микрон.

Кроме нагрева, ускоряет достижение результата наличие ударной силы испускаемого светового пучка. Лазерную десорбцию благодаря щадящему влиянию на металлы можно применять на изделиях с:

• декоративной отделкой;
• рифлением;
• различными пазами, отверстиями;
• сложными деталями.

Технология лазерной очистки

Лазерное удаление ржавчины (система CleanLaser) базируется на известных физических принципах взаимодействия металла с особо мощным световым излучением, каким и является лазерный луч. В соответствии с ними чистые металлы лазерное излучение отражают, а соединения с более сложным химическим составом — наоборот, поглощают. К числу последних относится не только ржавчина (как известно, она представляет собой смесь трёх оксидов железа), но и различные загрязнения, плёнки гидридов и т.д.

При поглощении поверхностью лазерного луча может происходить один из трёх процессов:

1. Нагрев без фазовых превращений, когда бомбардируемый направленным фотонным пучком слой размягчается и отшелушивается.
2. Нагрев с последующим расплавлением.
3. Нагрев с дальнейшим испарением материала поверхности.

Таким образом, теоретически возможны две технологии использования лазера против ржавчины — условно «мягкий» режим, в результате которого поверхностный слой отделится от стальной основы в виде чешуек (затем удаляемых механически), либо «жёсткий» режим, при реализации которого ржавчина с обрабатываемой поверхности просто испаряется.

Удаление ржавчины с использованием лазера

Температура плавления ржавчины (в зависимости от её состава) находится в пределах 1580…1640С, т.е., выше температуры плавления стали. Для достижения указанных температур плотность тепловой мощности в зоне действия лазерного луча должна быть не ниже 106 Вт/см2, а диаметр ионно-фотонного пучка — не более 100 микрон. В этом случае возможно эффективное удаление окисной плёнки толщиной 50…75 микрон, чего вполне достаточно для снятия слоя ржавчины.

Повышению эффективности удаления ржавчины лазером способствует также и то, что в центре концентрированного светового луча активизируются и сопутствующие процессы — ударные волны и чрезвычайно высокие температурные перепады. Они ускоряют процессы отделения и разрушения окислов.

Химическая очистка

Этот способ является оптимальным, поскольку, во-первых, для него не нужно никакое оборудование, а во-вторых, выбор средств для очистки просто огромен. Как правило, удаление окиси осуществляется либо кислотами в чистом виде, либо различными растворами, изготовленными на их основе. Приобрести их можно в любом специализированном магазине по весьма приемлемой стоимости. Среди наиболее эффективных способов можно выделить следующие:

1. Удаление ржавчины соляной кислотой. Она великолепно размягчает любые виды коррозии. Но для достижения наилучшего результата нужно брать раствор с концентрацией хлористого водорода не менее 15 %.
2. Очистка при помощи подручных средств. С окисью металла неплохо справляется столовый уксус и, как бы странно это ни звучало, известная всем газировка Coca-Cola. Принцип действия довольно прост: помещаете в жидкость предмет на несколько дней, после чего обрабатываете его щеткой по металлу. Для повышения эффективности вытравливания раствор можно периодически подогревать.
3. Препарат-антиржавчина Sarma. Это еще одно хорошее средство, которое быстро разъедает коррозийное покрытие, не повреждая при этом основной материал. Оно быстро проникает в структуру окисленного налета и размягчает его. После очистки изделие приобретает первоначальный блеск даже без шлифовки. Основное преимущество «Сармы» заключается в безопасном составе. Его можно использовать в детских садах, больницах и поликлиниках, а также оздоровительных учреждениях.
4. Еще один популярный уничтожитель ржавчины — «Гель В 52». В инструкции к средству говорится, что у него очень агрессивный состав. Активным компонентом являются минеральные кислоты и соли, эффективно удаляющие коррозию. При этом гель можно использовать с любыми металлами и многими другими типами рабочих поверхностей, в том числе кафель и ткань. Пораженная ржавчиной область предварительно зачищается и обезжиривается, после чего на нее наносится раствор на 15-20 минут.

Стоит отметить, что многие люди для борьбы с коррозией используют ортофосфорную кислоту. Химические свойства этого соединения довольно высоки, благодаря чему оно действительно хорошо удаляет ржавчину. Однако специалисты не рекомендуют использовать ее, поскольку она делает железо более хрупким, что негативно сказывается на долговечности изделий.

Особенности использования

Лазерное удаление ржавчины

Для работы с лазерным оборудованием необходимо учесть большое количество нюансов. Следует знать, что возможно как микро-, так и макроприменение, а также объемное использование, которое используется на предприятиях с производством больших партий оборудования.

В случае микроприменения лазеры действуют как инструменты зачистки проводов при припаивании или приварке электронных соединений в виде клемм или проводов. Поскольку невозможно другими способами очистить небольшие провода от старой изоляции без риска повредить. Лазер способен убрать слой толщиной 1 микрометр или напыленное покрытие из серебра без касаний к медной части. Также его применяют в таких операциях:

1. Тонкие надрезы или разрезы.
2. Проделать отверстия в проводах при необходимости.
3. Насечки на небольших платах.

Что касается макроприменения, то лазеры оправданы при обработке дорогих изделий в виде монет, слитков, прочих важных предметов. Также технология применяется при производстве изделий из резины. Световой поток хорошо убирает налет с форм после большого количества заливок. Химическая чистка займет немало времени, при этом есть риск повредить поверхность.

Обратите внимание! Благодаря лазеру подобные последствия удаляются и сводятся к минимуму временные затраты на удаление коррозии. Лазерная обработка занимает 60 минут против 8 часов химическим методом

Кроме того, изделие не потребует демонтажа при работе, что гораздо удобнее по техническим причинам и исключит проблемы при еще одной сборке.

Крупный лазер против ржавчины долгое время применяются в сфере производства деталей для авиационной промышленности, космических и других летательных аппаратов. С 90-х годов большинство военных и гражданских самолетов чистят от краски и налета лазером, так как этого требует техническое обслуживание летательных аппаратов. Также мощные лазеры требуются для очищения ржавчины на железнодорожных вагонах, зданиях, корпусах кораблей и мостах.

Лазерная зачистка металла

• 1 Технология очищения
• 2 Оборудование
• 3 Преимущества способа

Коррозийное воздействие губительно для любых металлических изделий, деталей, которые не защищены специальными составами.

Влияние влаги, в сочетании с кислородом, со временем способно полностью нарушить функциональные свойства. И если не вышло предотвратить возникновение, то нелишним было бы поскорее от нее избавиться. Иначе в скором времени можно будет отправляться в пункт приема металлолома.

Существует огромное количество методов ликвидации ржавчины – химические, физические. Однако все трудоемкие. Именно поэтому описываемая технология привлекает все больше.

ОБОРУДОВАНИЕ

В промышленных целях используются: установки различной мощности: 50, 100, 500, 1000 Вт.
Системы с мощностью 500 и 1000 Вт имеют очень высокую производительность: ~10–40 м2/час. Для локальной очистки достаточно 100 Вт. При этом установки могут быть в компактном или мобильных исполнениях корпуса. Данные системы также имеют высокую производительность ~5–10 м2/час. Длина оптоволоконного кабеля может быть до 3–10 м.

Компания «DY-Laser» — более чем 25-летний опыт работы в области промышленной очистки в различных отраслях промышленности и социальной сферы.

Региональный эксклюзивный дистрибьютор
P‑laser в РФ и странах СНГ
г. Химки, Ленинградская ул., д. 39, стр. 6
Телефон: +7 (495) 201 41 98www.DY-laser.ru; e‑mail: sales@DY-laser.ru

Источник журнал «РИТМ машиностроения» № 7-2019

Технология обработки поверхности

Существует 2 технологии удаления коррозии с помощью лазера. Первый и самый распространенный способ – это лазерная абляция, а второй – десорбция.

Абляция

Абляция подразумевает воздействие импульсного излучения на обрабатываемую поверхность, что приводит к испарению ржавчины. Она приподнимается над уровнем неповрежденного металла в виде плазменного облачка, после чего просто рассасывается.

Абляция запускается благодаря резкому перепаду температуры. С помощью лазера поверхность может быть разогрета более чем до 16 000 градусов.

Технология проведения работ заключается в 2 последовательных шагах:

• сканирование поверхности металла с помощью установки;
• выбор подходящей мощности и снятие ржавчины.

После завершения обработки останется только выключить прибор.

Десорбция

Десорбция предполагает более мягкую обработку, при которой на ржавчину воздействуют фотонным пучком.

Он позволяет приподнимать коррозию, но не цельной пленкой, а чешуйками. Нагрев осуществляется за один цикл, без фазовых превращений.

Так как десорбция – это щадящий метод чистки, его применяют при работе со сложными рифлеными поверхностями, оснащенными пазами и отверстиями, для очистки изделий с декоративной отделкой.

Для удаления ржавчины толщиной в 50-75 мкр достаточно лазера, мощностью в 106 Вт/кв, с диаметром фотонного пучка не более 100 мкр.

Преимущества способа

Применение современных разработок при создании рассматриваемого метода обработки определяет то, что он характеризуется большим количеством преимуществом. Примером можно назвать следующие моменты:

1. При работе не происходит образование токсичных веществ, которые могут оказывать негативное воздействие на организм человека.
2. Технология обработки не приводит к образованию шума. При механическом воздействии может образовываться большое количество шума, который может создавать существенный дискомфорт.
3. Высокая эффективность и качество получаемого изделия. Другие методы удаления ржавчины не позволяют достигнуть столь высокого результата. При этом исключена вероятность допущения ошибки, так как человек не контролирует качество очистки.
4. Есть возможность применять метод очистки лазером в случае, когда поверхность представлена комбинированием различных материалов. Примером можно назвать случай, когда на стальной пластинке есть кожаная и другая отделка.
5. Устройство просто в использовании. Как правило, установка выбирает оптимальные режимы работы в автоматическом режиме. Можно вводить информацию в ручную, для чего есть специальный пульт или дисплей.
6. Нет потребности в различных расходных материалах. При применении метода очистки химикатами требуется достаточно большое количество реагентов, которые в последствии не пригодны для использования.

Кроме этого, многие станки имеют специальный защитный кожух, а оператор должен работать в защитных очках.

Лазерная очистка металла может проводится и в ручном режиме. В подобном случае лазерная очистка подразумевает применение пульта дистанционного управления.

Лазерная очистка в ручном режиме

Современные модели практически полностью автоматизированы. При этом оператор не находится в непосредственной близости от устройства, наблюдает за происходящим через систему видеонаблюдения.

Технология очищения

Современная лазерная очистка предусматривает применение технологии, связанной с физическими принцами взаимодействия металла со световым излучением. Определенные параметры светового потока определяют то, что от чистой поверхности он отражается, ржавчина его поглощает. Кроме этого, подобным образом можно почистить металлическую поверхность от различных загрязнений и пленок.

Воздействие лазера можно охарактеризовать следующим образом:

1. Подаваемый луч в начале не оказывает фазовое превращение. За счет подобного воздействия поверхностный слой становится более мягким, загрязняющие вещества начинают отслаиваться.
2. Следующий шаг предусматривает нагрев поверхности с последующим расплавлением. При нагреве структура становится более пластичной.
3. При слишком высокой температуре происходит испарение загрязняющих веществ. Для их отведения предусмотрено наличие специального резервуара.

https://youtube.com/watch?v=k0V2rMyzMJc

Стоит учитывать тот момент, что температура плавления ржавчины составляет около 1600 градусов Цельсия. Температура плавления стали намного ниже. Поэтому рекомендуется использовать специальные установки, которые могут разогреть материал до столь высокого показателя.

Процесс очищения поверхности становится более эффективным за счет того, что в зоне воздействия луча оказывается также ударная нагрузка. При этом температура может резко меняться. Лазерная технология подходит для обработки глубоких пазов и различных рифлений, так как луч может подаваться под различным углом.

Какие модели лазеров выпускаются?

Самыми популярными на рынке считаются аппараты компании Clean Laser (Германия), которая выпускает большую линейку лазерного оборудования. Наиболее востребованным считается компактный «рюкзачный» лазер, состоящий из 3-х отдельных модулей, которые соединены оптоволоконным кабелем:

• ранца с источником питания;
• лазерной головки;
• прибора видеонаблюдения.

При включении установки происходит сканирование поверхности, выявляется глубина ржавчины, и только затем на область загрязнения направляется лазерный поток полной мощности. Остатки разрушенных элементов ржавчины, которые отсоединились от металла, уносятся в особую емкость. Процесс завершается в автоматическом режиме, когда поверхность изделия станет полностью свободной, и направляемый на нее поток света будет отражаться.

Небольшие аккумуляторные аппараты малой мощности очень популярны у археологов, любителей антиквариата, поскольку позволяют снять налет загрязнения даже с деликатных, ценных предметов. Агрегаты средних размеров мощностью до 400 Вт на вид напоминают компрессоры и обычно используются в автомастерских, на небольших производствах. Габаритные, мощные установки имеют крупномасштабное значение и стоят сотни тысяч долларов.

Китайские лазеры

Изделия китайского производства тоже пользуются спросом на рынке, ведь их цена обычно дешевле, чем у европейских установок. Например, аппарат LY CL 100 применяется для очищения металлических изделий от ржавчины, имеет мощность 100 Вт, эксплуатируется без смены головки в течение 50000 часов. Вот прочие характеристики прибора:

• частота повторов – 1,2-25 КГц;
• скорость работы – 7000 мм/сек;
• линейная скорость – 70 м/мин;
• длина волны – 1064 Нм;
• вес установки – 70 кг.

Подобные мобильные устройства могут использоваться для очищения кузова авто, удаления краски или зачистки проржавевших участков. Применение лазера считается эффективным и безопасным способом обновления деталей, помогает продлить срок их жизни и серьезно сэкономить на покупке новых.

Преимущества лазерной очистки металла и неметаллических материалов:

– возможность селективной (выборочной) обработки  изделия. Удаление загрязнений при минимальном риске повредить металл,

– неконтактность и локальность воздействия,

– отсутствие остаточных химических веществ и процессов,

– управляемость процессом путем простой регулировки  мощности излучения, что позволяет снижать или увеличивать интенсивность очистки поверхности материалов,

– мобильность, возможность очистки объектов «на месте»,

– безопасна для человека,

– отсутствуют расходные материалы,

– экологичность,

– не образуется отходов. Все загрязнения попросту испаряются и могут быть удалены системой фильтрации,

– само лазерное излучение носит направленный характер и безопасно для рабочего персонала,

– на качество очистки не влияет характер поверхности материала: наличие неровностей, различных пазов, рифлений, углублений, выступов и прочих элементов отделки,

– возможность очистки деталей сложной формы: лопаток турбин, резьбовых деталей, зубчатых колес и пр.,

– отсутствие шума,

– отсутствие каких-либо химических растворителей, а также частиц абразива, характерных для химической очистки и пескоструйной обработки,

– достаточно небольшое энергопотребление оборудования,

– на поверхность загрязненного материала (металла или иного неметаллического материала) не оказывается какого-либо механического, химического или теплового воздействия.

Ремонт лазеров

Ремонт лазеров

Ремонт лазерного оборудования возможен исключительно на профессиональном уровне и при наличии уникального опыта. Даже наиболее качественная техника периодически требует ремонта. Чаще всего в сервисные центры обращаются по таким причинам:

• Прибор не получается включить.
• Не отзывается при изменениях параметров.
• Цифровой монитор не действует.
• Корпус усиленно нагревается.
• Нет активации лазера внешним источником звука.
• Причиной плохой работы стало механическое повреждение.

Обратите внимание! В Москве имеется много качественных сервисных центров, которые специализируются на ремонте лазерного оборудования любого уровня сложности. Они могут произвести оперативную диагностику прибора, составить смету на ремонт и выявить наиболее вероятные повреждения

В наличии у них всегда можно найти подходящие запчасти, осуществляют доставку светового оборудования как для ремонта, так и возвращения к работе. Кроме того, квалифицированные работники проведут все необходимые консультации, а также посоветовать примерный план действий.

Длительное функционирование лазера зависит от того, насколько правильно подобраны настройки и как часто проводится профилактика

Важно смазывать подвижные части, заменять лампочки и другие элементы. Доверять ремонтные работы следует профессионалам с соответствующим опытом работы

Иначе, попытка экономии приведет к преждевременному выходу лазера из строя.

Лазерное оборудование требует внимательности и осторожности, в том числе нельзя касаться к нему ладонью, волосами и другими частями тела без защиты. Установка для лазерной очистки поверхности имеет много вариаций в зависимости от размеров, мощности, предназначения и других характеристик

Также важно учитывать, для каких именно целей планируется использовать лазер. Он способен удалять ржавчину как с небольших, так и крупных по площади поверхностей

Именно лазерный способ удаления ржавчины считается самым эффективным, в том числе по временным затратам. Хороший лазер для удаления ржавчины будет прилично стоить, цена зависит от производителя. Правильный выбор устройства обеспечит эффективное удаление ржавчины с различных поверхностей и долгий период эксплуатации во всех условиях.

https://youtube.com/watch?v=SX0t57oWgl4

Тепловая очистка

Самостоятельно удалить ржавчину в домашних условиях не получится, поскольку для этого необходим промышленный парогенератор или строительный фен. Данная технология хороша тем, что с ее помощью можно справиться с коррозийным поражением любой сложности, независимо от степени проникновения окиси в железо. Помимо этого, работы по удалению ржавчины можно производить даже в труднодоступных местах, например, в вентиляционной трубе.

Предмет размещается на небольшом удалении от оборудования, включается подогрев и под большим давлением подается специальная смесь. Хорошо зарекомендовал себя преобразователь ржавчины «Цинкарь». Как использовать будет подробно рассказано далее. После теплового размягчения стальная поверхность просто зачищается шлифовальной бумагой.

Лазерный очиститель – что это за устройство?

Чтобы вывести коррозию с металла необходимо обзавестись специальным лазерным аппаратом. Именно он является источником светового потока определенной мощности.

Основу установки составляют 3 элемента:

• источник питания;
• лазерная головка;
• прибор видеонаблюдения.

Эти модули соединены друг с другом оптоволоконным кабелем.

Для личных нужд используют аппараты малой мощности. В автомастерских и на небольших предприятиях применяют устройства средней мощности. По виду они напоминают компрессоры. Также в продаже можно встретить массивные стационарные установки. Их используют исключительно на крупных предприятиях.

ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЛАЗЕРНОЙ ОЧИСТКИ В ПРОМЫШЛЕНОСТИ

Удаление ржавчины с поверхности (рис. 9).
Ржавчина является самым распространенным видом загрязнения, образующимся в ходе реакции железа и его сплавов, таких как сталь с кислородом, в присутствии воды или влажного воздуха. Лазерная очистка позволяет очищать металлические поверхности различной конфигурации и формы, от самых простых до самых сложных, от самых недоступных крошечных мест до поверхностей с большой площадью. По сравнению с традиционными видами очистки лазерная очистка не оставляет побочных видов загрязнений (дробь, песок, СО₂, химические реагенты и т. д.) и не требует дополнительных ресурсов, только электричества.

Рис. 9. Снятие ржавчины с поверхности металла

ОЧИСТКА ШВА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ ПОСЛЕ СВАРКИ (рис. 10).
Независимо от вида сварки (автоматизированной или ручной) лазерная очистка с легкостью удаляет цвет побежалости с поверхностей нержавеющих сталей. Данная технология позволяет избежать использования химических реагентов и значительно сократить время, необходимое для очистки изделий.

Рис. 10. Снятие цвета побежалости

ОЧИСТКА СВАРНОГО ШВА СТАЛИ ПЕРЕД ДЕФЕКТОСКОПИЕЙ (рис. 11).

Лазерная очистка позволяет очищать металлические поверхности различной конфигурации и форм. Обезжиривает и подготавливает сварной шов и пространство вокруг шва к дальнейшей дефектоскопии. Сфокусированный лазерный импульс позволяет с легкостью проникать в мелкие трещины и впадины, находящиеся на поверхности обрабатываемого материала, и удалять инородный слой, чего невозможно достичь при механической обработке.

Рис. 11. Очистка сварного шва

ОЧИСТКА ПОВЕРХНОСТИ АЛЮМИНИЯ ОТ ОКСИДНОЙ ПЛЕНКИ (рис. 12).
Оксидный слой, или оксидная пленка, возникает на поверхности алюминия или сплавов на его основе при естественном контакте с окружающей средой, т. е. в процессе окисления кислородом. В свою очередь, оксидный слой служит для защиты изделий от дальнейшего коррозионного воздействия, но может оказывать неблагоприятное воздействие на технологический процесс при дальнейшем сваривании или склеивании. Лазерная очистка позволяет снимать данный оксидный слой с поверхности, тем самым улучшая адгезию или свариваемость.

Рис. 12. Снятие оксидного слоя

УДАЛЕНИЕ ЛКМ С ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА СЛОЙ ЗА СЛОЕМ (рис. 13).
Оборудование лазерной очистки позволяет произвести полное, селективное (послойное) удаление ЛКП с различных поверхностей металлов. Данный результат достигается при правильно подобранном режиме обработки за счет использования специального программного обеспечения, мощности излучения и подходящей оптической линзы.

Рис. 13. Селективное (послойное) снятие ЛКП

ОЧИСТКА СТАЛИ ОТ НАГАРА (рис. 14).
Лазерная очистка с легкостью и без повреждения обрабатываемой поверхности может снимать следы нагара, вызванные контактом с горячими нефтепродуктами (например, масло или нефть). Также с помощью лазера можно с легкостью удалять следы и остатки продуктов, возникающие после вулканизации сырой резины.

Рис. 14. Снятие следов нагара, масла и нефтепродуктов

Обезжиривание в обрабатывающей промышленности (рис. 15).
Процесс обезжиривания может быть запущен в конце технологической линии вместо окончательного очищающего раствора для удаления грязи, влаги или других загрязнений. В результате вы получаете чистый продукт, готовый для продажи клиенту.
Обезжиривание также может быть частью большого технологического процесса перед клейкой, сваркой и нанесением покрытий.

Преимущества способа

В качестве удалителя ржавчины лазер применяется повсеместно, как на крупных промышленных предприятиях, так и в небольших автосервисах. С помощью небольших маломощных аккумуляторных агрегатов вполне можно провести очищение металла от элементов коррозии своими руками в обычном гараже. Прочие преимущества лазерного метода по сравнению с использованием очистителей, преобразователей и механического способа чистки таковы:

• отсутствие вредных выделений, безопасность;
• отсутствие контакта человека с обрабатываемой поверхностью;
• высочайшее качество и точность чистки;
• бесшумность даже самых мощных установок;
• большая скорость обработки поверхностей;
• легкость настройки и регулировки аппарата;
• автоматическое отключение лазерного излучателя после завершения процесса;
• возможность работать со многими металлами и сплавами;
• отсутствие необходимости в расходных материалах;
• отсутствие опасности повреждения материала, равномерность снятого слоя.