TIP

尽管激光在切割、钻孔和焊接领域的应用众所周知，但其在工业清洁领域的应用则相对较新，并且有着未经探索的广泛空间。

激光清洗应用，主要源于市场上需要一种无毒的非磨损性清洁方法，这种方法可以作为之前使用的化学清洗、手工清洗和磨料喷射清洗方法的替代方案。

激光清洁的优势

传统清洗方法存在的主要问题包括：对环境的负面影响和对基体的磨损。喷砂系统产生大量的废物，并且会损坏基体的精细表面；而使用化学溶剂清洗，会产生具有潜在危险的蒸汽和液体废物。

传统清洗方式的不足，促使了激光技术在表面清洁领域的应用。由于激光清洗具有诸多优点，现在已成为去除材料表面不想要物质的最有效方法。

目前，脉冲激光清洗和去涂层系统广泛应用于各种领域，从通过烧蚀去除轮胎模具和雕刻表面的硫化残留物，到从导线上剥离绝缘层，以及从精细表面去除涂层。

在表面清洁应用中使用激光的主要优势包括：

• 自动化清洁方法

• 减少废弃物数量

• 提高安全性

• 不需要化学药品或喷砂

• 非磨损和非接触清洁过程

激光清洗应用

1钢材制造中的表面抛光和除锈

激光清洗也是一种从金属材料表面去除铁锈和氧化层的有效和高效的方法。铁锈和氧化层是由于自然或人工过程，在金属表面形成的污染物。当金属暴露在湿气中时，它们与水反应形成氧化亚铁，从而生锈。这种铁锈会降低金属的质量，使其不适合在多种应用中使用。

另一方面，由于热处理过程，金属表面会形成氧化层，氧化层会使金属表面变色，从而妨碍后续的精加工操作。

去除这些不想要的表面沉积物，需要进行除垢处理，以便为预精加工和精加工（如电镀）提供光滑的表面。

传统的除锈和除垢方法有物理方法，如喷砂、抛光、刮削装置、额外吹扫和钢丝刷等；也有化学方法，如使用碱性或酸性化学制品来去除氧化层。然而，这些方法不但会造成环境污染，也会对基底金属造成损伤。

为了避免这些缺点，激光清洗已成为除锈和除垢操作的首选方法。通过在生锈层上照射具有高峰值功率和高重复频率的激光束，来去除铁锈层/氧化层。

激光必须以短脉冲发射，以避免对基底金属造成损坏。铁锈迅速吸收激光束的能量，导致温度升高。一旦温度足够高，铁锈就会融化并最终蒸发。

脉冲光纤激光器是首选，因为它能对功率、波长和脉冲持续时间提供更大的控制，从而允许铁锈层/氧化层蒸发，但却不会对基底材料造成任何损伤。

激光清洗工艺也可用于表面清洁。在对钢铁零件施加防腐蚀的保护涂层之前，必须对零件的表面进行清洁，使其表面上不存在任何污染物。

表面清洁/准备需要清除掉钢铁零件表面的所有污染物，以便为涂敷保护层做准备。这些污染物包括油、油脂、氧化层、水合物、车间底漆等。

由于光纤激光清洗采用非摩擦、非接触的方法，而不涉及溶剂、化学品或研磨介质，因此非常适合于表面清洁准备和除锈/除垢。清洗过程可以小规模或大规模进行，并且清洗过程可以实现自动化。激光清洗是一种环保、经济有效的除锈方法，能为零件表面涂敷保护涂层做好准备。

2清洗阳极组件

铝冶炼行业在初级铝生产中，使用碳块作为“牺牲”阳极。阳极的质量对铝生产的环境、经济性和技术方面都有影响。一小部分电池功率用于克服预焙阳极的电阻。

污垢和其他污染物的存在，会增加阳极的电阻，从而导致更多的电池功耗。污染物的存在还通过提高阳极在熔炼过程中的消耗率，来缩短其寿命。从效率的角度来看，在用于铝冶炼操作之前，有必要清洁和清除阳极组件表面上的所有污染物。

此外，阳极组件是有价值的工具，可以重复使用，但必须在特定条件下对其主要部件进行彻底和仔细的处理。

激光清洗可以满足阳极组件可重复使用的特定条件。激光清洗可用于：

◎清除碳底残渣

◎清洁阴极棒

◎清除套管和短杆上的污染物

3为金属粘合做准备

为了提高工艺稳定性、表面粘附力和更好的焊接质量，在应用焊接和其他连接技术之前，必须准备好待连接的金属材料的表面。

如果不对金属材料的表面进行必要的清洁处理，接合点和接缝就容易退化、加剧磨损甚至出现灾难性故障。激光清洗可用于在表面接合前对其进行处理，从而获得优异的粘合强度，提高耐腐蚀性和耐久性。

激光清洗适用于粘合准备，因为它可以去除能够降低粘合强度的氧化物和其他污染物，如油脂和氧化物。激光清洗尤其适用于涉及曲面的应用，或是清洗拥有高度复杂的三维几何形状的零件。

激光清洗的一个主要好处是能够微调其功率和波长，以便对用于微观结构的金属（如镁和铝）进行精确修正。它还赋予材料很高的耐腐蚀性，确保稳定、持久的粘合。

近年来，在结构设计应用中越来越多地使用粘合方式，而不是铆接和焊接等传统的连接技术。这是因为与传统技术相比，粘合方式具有诸多优点。

这些优点包括均匀的应力分布、腐蚀减少、结构减轻、振动衰减和隔音等。但是，只有在待粘合表面做好仔细清洁的情况下，才能实现这些好处。

激光清洗是此类应用的理想选择，因为它能小心地去除运输过程中产生的油污、铁锈、保护涂层和其他污染物，并且不会对基底材料造成损害。

4为钎焊和焊接做预处理

激光清洗在焊接和钎焊的预处理应用中，也被证明是有效的。在造船、精密工具制造、汽车和其他相关行业中，铝材和钢材进行焊接之前，必须先对其表面进行处理。

激光焊接准备是激光清洗的众多应用之一，有助于去除金属和铝表面的黑色和有色金属、润滑剂和其他污染物，为高质量焊接做准备。它还确保了平滑和无孔的钎焊焊缝。

当用于焊接和钎焊的预处理时，激光清洗执行以下操作：

◎彻底清除车间底漆、水合物和氧化层

◎去除油脂、油污

除了焊接和钎焊准备外，激光还可用于清除焊接残余物，如残留的焊剂和氧化物材料，以及完成的焊接接头上的热污点。

在焊接和钎焊预处理中使用激光清洗的好处包括：

◎波长和功率可调，用于在各种材料厚度范围内精确处理接合面

◎对基底材料（即钢板的镀锌层）无损伤

5局部去除涂层

激光清洗在需要部分去除表面上的油漆或涂层的应用中，特别有效。它几乎可以用于所有的表面类型，无论是化学阳极氧化层、氧化层或有机涂层。激光清洗可在汽车和航空航天工业中，去除涂层和油漆，同时保持基底材料的完整性。

在去除涂层的应用中，光纤激光器是首选。它们通过精确地去除指定区域的涂层，克服了过去在局部去除涂层应用中所面临的一些固有挑战。激光可用于：

◎功能和设计表面的精确处理

◎为航空航天工业创造法拉第笼和连续性触点

◎为电磁兼容性局部去除油漆

◎为电线连接提供接合点

◎电子和汽车行业中的带状涂层

在喷漆结构/零件上的关键焊缝必须去除涂层、以便于检查的情况下，激光清洗非常有效。激光可以去除涂层，而无需手动或电动工具、研磨剂或化学物质，这些物质都会隐藏问题区域，并对表面造成进一步的损坏。

6选择性除漆

选择性除漆是激光清洗的众多应用之一。在汽车和航天工业中，有时需要在保护底漆的同时去除最上层的油漆。通常情况下，车辆上的顶部风化涂层需要在涂抹新油漆前彻底清除。

由于最上层油漆的物理和化学性质与底漆不同，因此激光的功率和频率可以设置为仅去除最上层的油漆。

由于激光对底漆没有机械、化学或热影响，因此底漆仍然保持完好。这就确保了底漆的耐腐蚀能力。当零件之间需要裸露出金属、实现金属与金属之间的电气接触时，最好采用激光清洗工艺，因为它既能节省时间和材料，又能提高成品的表面质量。

结论

使用激光进行抛光、表面清洁和去除涂层的应用，正在迅速拓展。根据应用的不同，激光的脉冲频率、能量和波长必须精确选择，以清洁、抛光和烧蚀目标材料。同时，必须要防止对基底材料造成任何形式的损害。

目前，激光清洗技术主要用于清洗小型零件。当然，这项技术也极有可能适用于清洁大面积表面和大型设备/结构。随着该领域目前取得的进展，这些愿景有望在不久的将来成为现实。

大族激光清洗机参数

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类别	小功率			高功率
激光功率	20W	30W	50W	100W	200W	500W	1000W
激光器类型	大族光纤激光器			IPG激光器
激光波长	1064nm
冷却方式	风冷			水冷
冷却水	——			去离子水
水温	——			19℃
清洗头重量	4.5KG			4.5KG
整机重量	27KG			260KG
整机功率	≤500W			≤1500W
扫描宽度	10-80mm
工作温度	15℃-35℃
可选配套	手持式/自动化

清洗方案对比

对比项目	化学清洗	机械打磨	干冰清洗	超声波清洗	激光清洗
清洗方式	化学清洗剂	机械/砂纸,接触式	干冰，非接触式	清洗剂，接触式	激光、非接触
工件损伤	有损伤	有损伤	无损伤	无损伤	无损伤
清洗效率	低	低	中	中	高
清洗效果	一般，不均匀	一般，不均匀	优秀，不均匀	优秀，洁净范围小	非常好，洁净度高
清洗精度	不可控，精度差	不可控，精度一般	不可控，精度差	不可指定范围清洗	精准可控、精度高
安全/环保	化学污染严重	污染环境	无污染	无污染	无污染
人工操作	工序复杂对操作人员要求高，需防护措施	体力强度大，需安全防护措施	操作简单，手持或自动化	操作简单，但需人工添加耗材	操作简单，手持或集成自动化
耗材	化学清洗剂	砂纸、砂轮、油石等	干冰	专用清洗液	只需供电
成本投入	首次投入低，耗材成本极高	首次投入高，耗材人工成本高	首次投入中等，耗材成本高	首次投入低，耗材成本中等	首次投入高，无耗材，维护成本低