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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: 2020-04-08 0:43:28 * 浏览: 3
1.引言在高价值原材料或高成本的情况下,对制成品进行回收是合理的。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,它们牵涉到高昂的废物处理成本和人员,同时仅提供了较低的灵活性。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。干冰粒从存储元件发送到压缩空气流中。压缩空气加速了要通过喷嘴喷射到工件上的颗粒。激光加工可能适合于二次加工。常规聚焦激光可以用作最终清洁步骤,而散焦激光可以通过加热表面至干冰清洁来提高样品的热效应。与干冰清洁相反,激光加工不会产生其他液体或固体来去除已去除的污染物或涂层。这两种技术在特殊情况和经济方面均具有优势。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扩大其经济和技术限制的范围。已为各种材料,涂料和污染物选择了一种简单的可重现底漆组合。通过这种标准的底物-清漆组合工艺,可以优化每种独立技术的参数。从那时起,将这些研究的结果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。由于在冲击点的局部冷却作用以及部分升华,热机制使颗粒膨胀。因此,失去弹性,涂层易碎并收缩。具有不同热膨胀系数和涂层的基材会产生破裂的涂层。颗粒和空气的动能流动有助于去除。升华的干冰使该因子突然增加了800倍。当这种组合的热机械作用破坏了粘合剂时,涂层就会剥落。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,也就是储存在温度为-20°C,压力为20 bar的低温罐或+57°C的高压罐中。[5]。当由于焦耳-汤姆森效应将其冷却至-78.5°C并产生固体二氧化碳雪而迅速膨胀至大气压力时]。液压将二氧化碳雪压过模具的锥形孔以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,干冰的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处理成本,但介体仍保留在工件的结构中(例如钻孔和空腔)[2]。由于无毒的喷射介质二氧化碳,因此不需要特殊的空气清洁设备。去除涂层颗粒可以被滤出。由于无腐蚀性的研磨行为,因此无需对工件进行后处理。干冰清洁可以实现软分层,甚至实现敏感或结构化的表面。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。用干冰清洗后的铁锈相对难以完全清除。尽管干冰清洁是高度清洁和灵活的清洁技术,但它也有缺点。用作爆炸性介质的固体二氧化碳会升华,并且必须在有限的程度上吸收,以允许工作场所中的气态二氧化碳浓缩。这些限制取决于。释放的二氧化碳是不同化学物质的化学合成过程的副产物化学工业中的物质(例如氨合成),Haber-Bosch过程以及氢和氢乙醇合成)[6]。因此,它对温室效应没有贡献。此外,操作员必须意识到低温可能带来的危险,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。机械冲击颗粒被施加到有限的程度,并且在加速期间空气流喷射的速度增加了喷射喷嘴的压力。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指导程序培训。 2.2激光加工是近来越来越重要的技术。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旋转镜组成,它们可以处理水平焦距(聚焦)。需要具有附加定位系统的用于处理3D形状的样品或扫描仪系统。通过这种集中式激光应用,可以灵活地清洁,构造或修改表面,并通过激光处理参数。能量的受控施加允许根据情况,关于污染物涂层的组成和厚度以及激光工艺参数,使表面材料熔化或升华。更多的应用领域是去除涂漆的金属零件(例如交换引擎)[8],去除焊缝的尺寸和尺寸[9]以及清洁铁路,古迹和塔楼。激光加工用于清洁和脱涂层具有重要的优势。它结合了接触和低热量的影响以及可应用于敏感表面的高加工精度。提供选择性清洁,以去除易于控制的深度一致的材料。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经济的,有时甚至在技术上受限的应用中也是如此。磨料参数越多,激光加工的风险就越高,不一致涂层下基材的表面污染也就越大。还有针对激光加工的特殊安全说明。根据类型,激光工艺的波长和功率,需要适当的屏蔽。此外,工作人员必须戴上护目镜并执行有关由激光源高压引起的危险的特定安全说明。 2.3由于干冰清洁颗粒的硬度低,很难去除磨料硬质涂层,例如热喷涂热障燃气轮机部件涂层(TBC)。由于原材料的高价值和成本,叶片的维护和这些组件的回收对于燃气轮机的制造过程非常重要。尽管此方法[10]也是非常经济的,但与常规清除相比,它在生态上是有益的。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,可以在没有聚焦的情况下施加聚焦。取决于激光和干冰,这两种技术都可以应用于冰爆炸设备的同一焦点。两个不同的协调中心可以重复进行单独的快速更改,以通过振荡处理独立的技术运动。因此,它们都不会影响彼此。例如,由于激光,粒子可能在撞击表面之前升华光束。两种技术使用相同焦点的关键点将更容易实现。而可以使用激光对表面进行加热以聚焦激光应用以进行定义的表面处理。使激光散焦可防止工件冷却。当干冰颗粒撞击时,温度越高,对表面的热影响就越大,效率就得到提高。因此,必须根据吸收率决定波长。基材表面。专注于激光应用,以构造或平滑具有定义表面的工件。因此,可以通过干燥并最终纯化最终的激光加工来进行冰清洁和清洁步骤。它还允许在潜在的预处理过程之后(例如,达到一定的粗糙度)进行组合清洁。两种技术都可以在同一焦点或不同位置使用。 3.实验设置易于复制的标准用于分析多次涂覆的高粘度涂料制造过程中工件的去除或从使用过的产品中去除一些剩余的涂层。涂上厚度为50μm的PUR-2成分清漆。标准定义为100μm和200μm,分为两层,白色底漆和黑色面漆。热浸镀锌钢板的基本尺寸与150mm×50mm相同。此外,使用同一块板生产生锈的样品:基质材料在一定的酸性环境中暴露一定的时间。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” DilasDiodenlaserGmbH。二极管激光器的波长为940±5nm,输出功率为1500W。激光束聚焦到3.8毫米x8毫米的区域。将激光和干冰清洁喷嘴调整到相同的焦点,然后用机器人移动样品。将热像仪系统“ JadeIIMWIR” CEDIP添加到混合清洁设备中,以监控样品的表面温度。摄像机确定温度范围为-30°C至1500°C,并测量3微米至5微米波长的热辐射。它提供170 Hz至250 Hz的帧速率。在30°C时,热分辨率低于20 mK。重要的是,关于样品的形状,不得在内部激光束的反射角范围内安装热像仪。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:用于干式混合清洁设备,二极管激光器(B)和热像仪(C)的概念冰爆炸喷嘴(A)。根据结果​​优化的混合清洁设备包括一个热成像阶段-90°干冰清洁的迎角和10 mm喷砂距离的清除结果。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,否则可能会影响喷射喷嘴。激光的影响和喷嘴可能会减少激光返回样品所引起的能量。可能有一个小的迎角激光束,并且样品具有足够的吸收率,并且激光系统提供了足够的功率。通过增加干冰清洁混合动力的热力机理,该概念会降低技工特定清洁任务的效率。这允许减小爆破压力,从而降低了声压级。热成像之间的联系摄像机监视样品的表面温度,并且控制激光功率可以自动控制表面温度。这提供了热敏性。使用了新的应用材料领域。为了测量去除率,垂直于机器人的运动检测表面轮廓。因此,触觉测量仪“ Talysurf-120L”使用的是威斯巴登。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“材料轮廓”计算并删除横截面积(CSA)。为了计算软件” Talymap University。图2中使用的是“ 2.0.10”。与a。相比,重量测量方法具有优势。有关材料清除的其他信息垂直于机器人的运动方向。根据CSA和每个人的单独输入来计算涂层的体积去除率。进行速度测试。图2:根据检测到的CSA进行的计算垂直于机器人运动的轮廓。首先,优化干冰喷射技术以达到材料去除率(喷射压力,喷射喷嘴与表面之间的距离,喷射角度和干冰质量流量)。结果如图3所示。图3:干冰注入压力的优化: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,这些过程参数无法实现。优化的干冰清洁角度为90°,并且必须调整为78°,喷砂距离为10毫米至220毫米。适当的进给速度通过光学评估选择。 4.实验结果干冰喷射参数的喷射压力,喷射角度,干冰质量流量和喷射距离均是恒定的。首先,采用独立技术的激光(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。除了以上测试中说明的涂层标准外,它还适用于生锈的样品。工艺参数激光加工,干冰清洗和混合干冰清洗-激光加工如表1所示。表1:工艺参数进给速度:涂层试样每分钟60厘米(图3)。生锈的样品每分钟14厘米(图4)。激光参数:功率1077W干冰清洁参数:爆破压力12巴根冰块质量流量60 kg / h爆破距离220 mm攻角78°图4示例性地示出了材料去除的结果。图。图5示出了涂覆样品的测试结果。工艺参数相同,但是进给速度适合于不同类型的样品。图4