L_32_2
advertisement
Лазерная очистка поверхности Очистка поверхностей - очистка от загрязнений, являющихся результатом различных аспектов человеческой деятельности Традиционные способы очистки Механическое удаление загрязнений Химическое удаление загрязнений Недостатки 1. В результате обработки поверхностей возникают большие объемы отработанных ядовитых или радиоактивных материалов, которые нужно в дальнейшем каким-либо образом утилизировать 2. Процесс очистки является небезопасным, поскольку при его проведении возможно разбрызгивание вредных веществ 3. В процессе дезактивации задействуется большое количество персонала, который при проведении работ подвергается воздействию вредных химических веществ и (или) радиационному облучению Лазерная очистка поверхности Сущность метода лазерной очистки - при воздействии на поверхность импульсом лазера достаточной мощности излучение поглощается в тонком порверхностном слое, вызывая испарение и ионизацию вещества, которое вылетает с поверхности в виде плазменного факела Для сбора разлетающихся частиц используются специальные коллекторы Взаимодействие лазерного излучения с материалом 1. Испарение вещества с поверхностного слоя 2. Разогрев испаренной фракции лазерным излучением до состояния плазмы 3. Расширение плазменного факела в окружающую атмосферу Лазерная очистка поверхности Параметры лазерного излучения, влияющие на эффективность процесса очистки Плотность мощности Длина волны излучения Длительность импульса должна быть достаточной для образования плазменного факела определяет глубину термического воздействия излучения определяет глубину проникновения излучения внутрь материала Глубина проникновения излучения обратно пропорциональна коэффициенту поглощения материала поверхности Лазерная очистка поверхности Для металлов (наиболее распространенный материал поверхности) коэффициент поглощения увеличивается с ростом длины волны излучения Переход от излучения ближнего ИК диапазона к ближнему УФ диапазону может привести к увеличению коэффициента поглощения в десятки раз При очистке поверхностей удаление материала происходит с различных толщин приповерхностных слоев в зависимости от конкретных условий В разных задачах могут использоваться лазеры различных спектральных диапазонов Глубина термического воздействия пропорциональна квадратному корню из длительности импульса Сильный нагрев вещества на больших глубинах нежелателен, вследствие чего импульсы должны быть наносекундными или еще более короткими Лазерная очистка поверхности Система доставки лазерного излучения до очищаемой поверхности Необходимость удаления персонала от места обработки поверхности для уменьшения воздействия вредных и радиоактивных материалов Во многих случаях приходится очищать труднодоступные участки (внутренние поверхности оборудования, труб и т. д.) Для доставки излучения используются кварцевые оптические волокна Максимальная мощность передаваемого по волокну излучения падает с уменьшением длины волны Ограничения на минимально возможную длину волны лазерного излучения Наименьшая длина волны находится вблизи 300 нм Лазерная очистка поверхности Системы управлением процесса очистки в реальном масштабе времени Уменьшение степени вредного воздействия на персонал в процессе обработки поверхности Снижение стоимости работ Дистанционные системы управления телевизионные камеры механические манипуляторы Мониторинг процесса очистки Регистрация акустических колебаний Оптическая спектроскопия Регистрация и анализ параметров электромагнитного поля плазмы Лазерная очистка поверхности Наиболее широко распространенными в сегодняшних промышленных приложениях лазерами являются: -лазер на двуокиси углерода (длина волны излучения 10.6 мкм), - неодимовый лазер (1.06 мкм), - эксимерные лазеры (190-350 нм). Длительности импульсов излучения находятся в интервале от пико- до наносекунд, характерные энергии в импульсе составляют несколько джоулей на единицу площади Характерные параметры лазерной технологической установки Высота установки составляет 2 м, ширина – 1.3 м, длина – 1.8 м. В качестве лазерного источника используется промышленный XeCl лазер марки CILAS 635, излучающий на длине волны 308 нм в виде импульсов длительностью 70 нс с частотой повторения 400 Гц и средней мощностью импульса 1 кВт. Длительность волоконного световода составляет 5 м. В состав установки входят насос с фильтром, предназначенный для сбора удаляемых с поверхностей загрязнений и робот-манипулятор, обеспечивающий дистанционное управление процессом очистки. Данная установка в зависимости от вида загрязнений способна очищать поверхности со скоростями от 2 м2/ч до 6 м2/ч. Лазерная очистка поверхности Внешний вид лазерной технологической установки Лазерная очистка поверхности Участок окисленной пверхности образца нержавеющей стали до (слева) и после (справа) очистки Лазерная очистка поверхности Основные преимущества методов лазерной очистки поверхностей 1. Образование ничтожно малых количеств вторичных химически-опасных и радиоактивных продуктов (от долей до единиц грамма с квадратного метра поверхности), находящихся в твердом состоянии, что в значительной степени упрощает процесс компактирования отходов и подготовку к их захоронению. Для сравнения, при использовании традиционных химических методов объемы жидких химически-опасных и радиоактивных отходов, получаемых в итоге очистки, измеряются кубическими метрами и в свою очередь требуют сложной комплексной переработки 2. Использование лазерных методов дает возможность автоматизации процесса очистки, обеспечивающей снижение уровня вредного воздействия на обслуживающий персонал и уменьшение стоимости работ 3. Использование лазерных методов на основе световолоконной оптики обеспечивает возможность дезактивации труднодоступных объемов и полостей без их разрушения
