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激光辅助干冰清洗方法-行业动态

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-03-04 17:02:07 * 浏览: 0
1.简介回收具有高价值原材料或高成本的制成品是合理的。回收节省成本和资源。因此,它在经济和生态上都是有益的。通常用于回收清洗的方法需要使用机械,化学或水性方法。但是这些常规技术通常是耗时和耗能的。另外,它们涉及高浪费成本处理和人员,同时仅提供低灵活性。干冰清洁是一种使用粒状固体二氧化碳作为喷射介质的喷射工艺。干冰颗粒从存储元件发送到压缩空气流中。压缩空气会加速通过喷嘴的微粒射流到工件上。激光加工可能适合于二次加工。常规聚焦激光可用作最终清洁步骤,而散焦激光则通过加热表面干冰来提高样品的热效应。与干冰清洁相反,激光加工不会产生额外的液体或固体来去除去除的污染物或涂层。从特殊的经济角度来看,两种技术都有其优势。混合干冰清洁激光加工的目标是提高与区域相关的清洁和剥离速度。这两种技术的结合将在经济和技术上扩大其范围。已为各种材料,涂料和污染物选择了一种简单可重现的底漆组合。通过这种标准的基材-清漆组合工艺,可以优化每种技术的参数。这些研究的结果已经与混合实验的结果进行了比较。 2.清洁技术的应用2.1干冰喷射是基于干冰颗粒引起的机械效应。由于撞击时的局部冷却作用和部分升华,热机制使颗粒膨胀。因此,失去了弹性并且涂层易碎和收缩。具有不同热膨胀系数的基材和涂层会产生破裂的涂层。颗粒和空气的动能流有助于将其除去。干冰的升华导致该因子突然增加了800倍。当粘合剂由于热机械作用的结合而损坏时,涂层脱落。固态二氧化碳用作单向清洁介质。它是从液态二氧化碳转化而来的,也就是说,将其存储在温度为-20°C,压力为20bar的低温罐中,或在20°C为+ 57°C的高压罐中[5] 。当它迅速膨胀到大气压时,冷却至-78.5°C,就会产生焦耳-汤姆森效应和固体二氧化碳雪]。二氧化碳雪的液压机通过模具的锥形孔,最终形成圆柱形干冰颗粒。颗粒参数(密度,硬度,形状)在生产过程中会受到条件(例如压实度)的影响。干冰清洁的基本优点是干冰升华不会留下任何残留物。虽然其他清洁过程需要复杂的处理或增加的处置成本,但介体仍保留在工件的结构中(例如钻孔和空洞)[2]。由于使用了无毒的喷砂二氧化碳,因此不需要特殊的清洁设备。通过去除涂层可以去除一些颗粒。由于无腐蚀性的研磨行为,因此无需对工件进行后处理。干冰清洁即使在敏感或结构化的表面上也可以实现柔软的分层。可以通过干冰洗涤去除污染物和保护膜(例如油漆,金属零件)。高度附着或坚硬的污染物以及保护性或功能性涂层很难去除。用干冰清洁的锈很难完全清除。尽管干冰清洁具有较高的清洁度,但灵活的清洁技术仍存在缺点。用作爆炸性介质的固态二氧化碳会升华,必须将其吸到极限,以使工作场所浓度为气态二氧化碳。这些限制取决于。释放的二氧化碳是化学物质不同化学合成过程(如氨合成,哈伯-博世过程以及氢和氢乙醇合成)的副产品[6]。因此,它不会有助于温室效应。此外,操作人员必须意识到由于低温导致的危险,并且必须执行特殊的工作安全规定。另一个缺点是由于声压级高达125dB(A)而导致爆裂压力高。为了限制机械冲击粒子的冲击,加速过程中气流的喷砂速度会增加喷砂喷嘴的压力。操作员必须佩戴适当的听力保护装置,并接受进一步的安全说明方面的培训。 2.2如今,激光加工已成为越来越重要的技术。激光束将激光能量聚焦通过聚光镜,以确定在几个微米(例如焦距)的焦点处的激光束烧蚀。扫描仪系统通常由两个可处理水平焦距(focus)的旋转镜组成。需要样品或扫描仪系统才能通过其他定位系统处理3D形状。通过这种聚焦的激光应用,可以使用灵活的激光加工参数对表面进行清洁,结构化或修饰。就污染物的组成和厚度以及激光加工参数而言,受控地施加能量可以使表面材料熔化或升华。进一步的应用领域是去除涂漆的金属零件(例如交换引擎)[8],从清洁铁路,纪念碑和塔的尺寸和焊接尺寸中去除焊缝[9]。激光加工的清洁和脱涂层具有重要的优势。它结合了较低的接触热和力以及较高的加工精度,可应用于敏感表面的影响。提供选择性清洁,以去除深度一致的材料,并且易于控制。因此可以实现高度自动化,尤其是在线控制。去除厚的污染物和涂层是一种经济的方法,有时甚至在技术上限制了应用。参数越高,磨料激光加工的风险越高。基材的表面在不一致的涂层下被污染。激光加工还需要特殊的安全说明。根据类型,激光加工的波长和功率需要适当的屏蔽。此外,工人必须戴上护目镜,并执行有关由于激光源高压引起的危险的特定安全说明。 2.3磨损的硬质涂层,例如热喷涂热障燃气轮机组件涂层(TBC),由于干冰清洁颗粒的硬度低而难以去除。由于在燃气轮机制造过程中使用的原材料的高价值和成本,叶片的维护和这些组件的回收很重要。尽管此方法[10]也是经济的,但与常规清除相比在生态上是有益的。混合概念可以合理地减少这种消耗。用复杂的三维模具清洗汽车行业可能成为另一个应用领域。由于干冰清洁,敏感材料仅限于特定的破裂压力。这两种技术的结合提供了不同的处理策略。根据激光器和样品激光器的相对位置,可以在没有焦点的情况下施加焦点。取决于激光和干冰,两种技术都可以应用于喷砂设备的同一焦点。两个不同的协调中心允许通过动荡的技术运动分别处理快速变化的变化。因此,它们中的任何一个都不影响彼此,例如,由于激光,粒子可能在撞击表面之前使光束升华。两种技术使用相同焦点的关键点更容易实现。可以使用激光加热表面,而聚焦激光用于进行定义的表面处理。使激光散焦可防止工件冷却。温度越高,击打干冰颗粒时的热冲击表面和效率就越高。因此,必须根据吸收率选择波长,并由基板的表面确定波长。专注于激光应用,以构造或平滑具有定义表面的工件。因此,可以在冰洗和清洁步骤中进行通过干燥和初步纯化的最终激光加工。它还允许在潜在的情况下进行组合清洁预处理过程(例如,达到规定的粗糙度)。两种技术都可以将焦点应用于相同的焦点或不同的位置。 3.该实验设定了易于重现的标准,该标准用于分析多层高粘度涂层制造过程中工件的去除或旧产品中某些残留涂层的去除。厚度为50μm的PUR-2组分清漆的标准定义为100μm和200μm,并以白色,底漆和黑色面漆两层形式施涂。热浸镀锌钢板与基材的尺寸相同,为150mm×50mm。另外,使用相同的板生产生锈的样品:将基体材料暴露在确定的酸性环境中一段时间​​。用于干冰清洁TVM45-V2设备。该设备基于注射原理。对于激光加工,使用“美因茨DilasDiodenlaser1500W” DilasDiodenlaser GmbH。二极管激光器的波长为940±5nm,功率输出为1500W。激光束聚焦到3.8 mm x 8 mm的视野。激光和干冰清洁喷嘴在机器人移动标本时调整到相同的焦点。热像仪系统“ JadeIIMWIR” CEDIP被添加到混合清洗设备中,以监测样品的表面温度。摄像机确定温度范围为-30°C至1500°C,以测量3微米至5微米波长的热辐射。它提供170 Hz至250 Hz的帧频,在30°C时的热分辨率小于20mK。重要的是,对于样品的形状,不得将热像仪安装在反射角范围内。内部激光束。图1显示了用于优化混合动力车辆的最终概念清洁设备。图1:干式混合清洁设备(A),二极管激光器(B)和热像仪(C)的概念破冰喷嘴。根据结果​​优化的混合清洁设备包括热成像阶段机。 90°干冰清洁和清除的迎角是由10 mm的爆破距离引起的。图1显示了激光系统相对较小的迎角。这是因为必须使用干冰清洁系统,否则可能会影响喷砂嘴。激光会产生影响,而喷头可能会减少由激光引起的返回样品的能量。具有小迎角的激光束是可能的,而标本具有足够的吸收能力,并且激光系统提供足够的功率。通过添加用于干冰清洁的热机制,混合动力,该概念会降低技工特定清洁任务的效率。这允许爆裂压力的减小和声压级的减小。热像仪之间的连接可监控样品的表面温度,而激光功率的控制可自动控制表面温度。这提供了热敏性。使用了应用的新现场材料。为了测量去除率,检测表面轮廓垂直于机器人的运动。因此,触觉测量设备“ Talysurf-120L”使用威斯巴登。所应用的传感装置的圆锥形尖端的半径为2μm,角度为60°。根据测试结果计算出横截面积(CSA)。材料轮廓。为了计算软件” Talymap University。图2中使用了“ 2.0.10”。与a。相比,重量测量方法的应用具有优势。有关材料清除的其他信息垂直于机器人运动的方向。涂层的体积去除率由CSA和每个单独的测试速度计算得出。图2:基于检测到的CSA进行的计算垂直于机器人运动的轮廓。首先,对干冰喷射技术进行了优化,以实现材料去除率(喷射压力,喷射喷嘴到表面的距离,喷射角度和干冰)。质量流量)。结果如图3所示。图3:干冰喷雾压力的优化:12 bar(A),10 bar(B),8 bar(C),6 bar(D),4 bar(E)。对于混合技术,由于设备的尺寸,无法获得这些过程参数。优化的干冰清洁角度为90°,并且必须适应于78°,喷砂距离为10毫米至220毫米。适当的进给速度pa光学评估选择。 4.实验结果干冰喷射参数爆炸压力,喷射角度,干冰质量流量和喷射距离是恒定的。首先是独立技术激光器(A)和干冰清洗(B)。比较结果具有与混合技术(C)相同的工艺组合技术参数。除了本测试中说明的涂料标准也适用于生锈的样品。工艺参数激光加工,干冰清洗和混合式干冰清洗-激光加工如表1所示。表1:工艺参数进给速度:涂层试样(图3)每分钟60厘米。锈蚀的样品(图4)每分钟14厘米。激光参数:功率1077W干冰清洁参数:爆破压力12干冰质量流量为60 kg / h。爆破距离为220毫米,攻角为78°。工艺参数相同,但是进给速度适合于不同类型的样品。图4