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 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.

Химическая зачистка

Травление растворами – один из наилучших вариантов, поскольку ржавчина расщепляется под воздействием химически активных веществ. Составы наносятся при помощи кисточек или же путем распыления. Их условно можно поделить на две категории:

• смываемые вещества работают эффективно, их необходимо смывать водой после реакции, а при воздействии на поверхность воды появятся новые очаги ржавчины. Поэтому после промывания средством элемент необходимо хорошенько просушить и покрыть антикоррозийным слоем;
• несмываемые, так называемые грунт-преобразователи. Продукт реакции средства и ржавчины сложно назвать полноценным грунтом, однако его не надо смывать водой, а это большой плюс.

Химический способ позволяет снять не только ржавчину, но и загрязнения разного рода. Для этого используются различные смывки и растворители:

хорошим средством снятия ржавого налета является 5% водный раствор серной или соляной кислоты. Но к ним в обязательном порядке добавляется ингибитор, способный замедлить реакцию

Важно понимать, что категорически не рекомендуется использовать кислоты без него, поскольку это может повредить не только сталь, но и негативно повлиять на человеческий организм. К соляной кислоте добавляют уротропин, к ортофосфорной – винную кислоту или бутиловый спирт;
сильно пораженные поверхности обрабатываются смесью молочной кислоты и вазелинового масла

Под влиянием кислоты ржавчина превращается в лактат железа, который как соль легко растворяется вазелиновым маслом. По окончании работ деталь протирается ветошью.

Еще более эффективной очистки можно добиться при помощи электрохимического способа, но для его реализации потребуется сложное промышленное оборудование и специальные условия.

Область применения

Лазер используется в разных направлениях, при чем выделяют малые зоны, большие зоны обработки и зоны крупных масштабов.

Микро использование

Луч света может удалить изоляцию толщиной до 1 мкм или напыление из серебра, при этом не затронув части из меди.

Также в электронике лазерная обработка используется для:

• Мелких надрезов.
• Создание отверстий в проводе.
• Насечек.

Если нужно, то с помощью лазера можно даже удалить слой из полиамида на тормозной системе или системе охлаждения, а это важно во время зачистки концов трубок, которые соединяются. Лазер дает возможность сделать сложную работу при этом не нарушая сердцевину из алюминия

Лазер дает возможность сделать сложную работу при этом не нарушая сердцевину из алюминия.

Макро использование

Такой вариант применяется в производстве на заводах изделий из резины (луч аккуратно снимает покрытие с разных форм после множества заливок).

Если использовать химию, то это будет очень долгий процесс, а основание дорогого предмета может нарушиться.

Такое очищение не допускает таких нюансов, при этом занимает мало времени для очищения от ржавчины.

Время для отделки лазером составляет около 1 часа, а химический способ займет около 8 часов.

Применение в крупных масштабах

Обработка лазером от коррозии используется в изготовлении деталей для самолетов, аппаратов для космоса и тому подобное.

Намного ранее таким способом очищали самолеты от ЛКМ и налета во время технического осмотра.

Правила снятия налета в домашних условиях

Чтобы убрать ржавчину с поверхности металла электролизом, потребуются:

• подходящая по размеру пластиковая емкость, например, ведро или таз;

• стальная или нержавеющая пластина, которая будет выступать в качестве электрода — предпочтение лучше отдавать нержавеющей стали, так как она прослужит гораздо дольше, чем обычный металл, хорошо, если пластина будет полностью окружать очищаемую деталь по периметру;
• обычная водопроводная вода;
• кальцинированная сода — она продается в отделах бытовой химии, домохозяйки используют ее для стирки вещей;
• зарядное устройство от аккумулятора.

Для приготовления раствора потребуется 3 воды и 1 чайная ложка соды. Порядок действий следующий:

1. В емкость заливают подготовленный раствор.
2. Опускают в него электрод.
3. Погружают в раствор деталь, нуждающуюся в чистке. Делают этот таким образом, чтобы она не касалась электрода.
4. Подключают питание. Полярность необходимо строго соблюдать. Электрод должен быть соединен с положительным проводником «+», а очищаемый предмет с отрицательным «-». Контакт с деталями должен быть хорошим.
5. После завершения всех подготовительных манипуляций включают питание. Если зарядка оснащена амперметром, можно увидеть, как система начала пропускать ток.
6. Спустя непродолжительное время на детали появятся пузырьки. Это абсолютно нормально и указывает на то, что процесс чистки был запущен.
7. Продолжительность процедуры зависит от ряда факторов. Значение имеет размер детали и электрода, а также площадь ржавчины. Периодически систему нужно отключать, вынимать изделие из раствора и осматривать. Средняя продолжительность чистки составляет 5-6 часов. Если объект покрыт очень толстым слоем налета, можно оставить его отмокать на ночь.
8. Когда процесс чистки будет завершен, деталь извлекают, промывают ее под струей проточной воды и осматривают. Если на изделии остались небольшие участки ржавчины, то их можно счистить пластиковым скребком.

В завершении процедуры деталь сушат феном или оставляют просохнуть на солнце. Для защиты от повторного образования ржавчины можно нанести на металлическую поверхность небольшой слой смазки.

Сфера применения аппарата

Лазеры для удаления ржавчины и окалины применяют в трех сферах, которые можно разделить на следующие группы:

1. Микрообработка. Она предполагает зачистку клемм, разъемов и проводов от окалины. Световой луч убирает слой толщиной до 1 мкм. Иными способами зачистку провести просто не удастся. Основная сфера применения для микрообработки металла лазером – это электроника.

2. Макрообработка. Этот способ предполагает зачистку более крупных деталей, например, украшений, монет и других ценных предметов. Хотя установки стоят недешево, они полностью оправдывают свою стоимость. Именно лазерную макрообработку ржавчины применяют для зачистки деталей автомобиля. Поэтому такие устройства можно встретить во многих сервисных мастерских.
3. Масштабная обработка. В данном случае речь идет о зачистке крупных объектов, например, деталей самолетов или ракет. В этих сферах лазерный луч применяют уже более 40 лет.

Несомненным преимуществом удаления ржавчины с помощью лазера является высокая скорость обработки. При этом самому изделию вред не наносится.

Оборудование для очистки лазерного типа

Все механизмы лазерного очищения металла максимально автоматизированы, и при этом усилия со стороны людей сокращаются до минимума. Лазерные типы станков могут отличаться по конструкционному типу, мощности, размерам, а определенные из них будут оборудованы камерой с управлением дистанционного характера, которая подсоединяется к компьютеру. Для обработки металлов лазерные типы установок оснащены кабелями с очень большой длинной (от 50 и больше метров).

По типу мощности устройства могут быть следующими:

• Для небольшой площадки – от 12 до 20 Вт (лазер с малым размером на аккумуляторе).
• Для площадей среднего размера – от 100 до 400 Вт (компактные по размеру портативные системы).
• Мощнейшие установки до 1000 Вт (стационарные и переносные устройства).

Обратите внимание, что, как правило, такие инструменты могут работать против ржавчины или для остальных целей без замены рабочей головки на протяжении 100 000 часов. После этого деталь потребуется заменить, чтобы и далее можно было эксплуатировать конструкцию

Для людей лазерные установки являются безопасными, а еще они оборудованы особенной защитой от выхода лучей за размеры заготовки

Для людей лазерные установки являются безопасными, а еще они оборудованы особенной защитой от выхода лучей за размеры заготовки.

Достоинства способа

Лазерная очистка металла от ржавчины используется повсеместно, причем и на крупных промышленных предприятиях, и даже в небольших автомобильных сервисах. При помощи небольшой аккумуляторов с малой мощностью агрегатов вполне вероятно можно проводить очистку металла от коррозионных элементов своими руками в самом простом гараже.

Немного про использование.

Область применения

Лазер обладает широкой областью применения, и при этой в ней можно отличать микро, а еще макрозоны и крупномасштабную эксплуатацию. Затраты на выполнение обработки тоже будут разными, потому что они зависят от того, сколько именно стоит сама конструкционная установка, от ее мощности, сложности и объема работ.

Микроприменение

Такая область применения будет подразумевать проведения работ по зачистке проводов во время приваривания, припарке разных соединений электронного типа – разъемов и клемм. Остальным способом, помимо лазерного, почти нереально провести очищение маленьких и плоских проводов от старого слоя изоляции без их повреждений. Луч света будет убирать слой изоляции толщиной не меньше, чем 1 мкм или серебряное напыленное покрытие, и при этом, не касаясь составляющей медного типа.

Помимо того, что в области электроники лазер используется для выполнения:

• Тоненьких надрезов.
• Отверстия в проводах.
• Насечки на поверхности платы.

Обратите внимание, что при необходимости посредством лазерных типов установок можно убирать полиамидное покрытие с охладительных или тормозных систем, что требуется для зачистки концов трубок соединений. Лазерный метод позволяет производить сложнейшую операцию без повреждений сердцевины из алюминия

Макроприменение

Макроприменение

Использование крупного масштаба

Лазерная очистка от ржавчины используется в области комплектующих деталей для космических аппаратов, самолетов и прочего. Еще в 1990-х годов большинство военных и пассажирских самолетов очищают от красок, налета в рамках технического обслуживания посредством лазера. Подобными устройствами пользуются для того, чтобы снимать старые свинцовые краски с корабельных корпусов, мостов, остальных крупногабаритных строений, а еще зданий и железнодорожных вагонов.

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.

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.

— 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 www.DY-laser.ru; e‑mail

Источник журнал «РИТМ машиностроения» № 7-2019

Сфера использования

Лазер имеет широкую область применения, при этом в ней различают микро-, макрозоны и крупномасштабную эксплуатацию. Затраты на проведение обработок тоже будут разными, ведь они зависят от того, сколько стоит сама установка, от ее мощности, объема работ и их сложности.

Микроприменение

Данная сфера использования подразумевает проведение зачистки проводов при припарке, приваривании различных электронных соединений – клемм, разъемов. Иным способом, кроме лазерного, практически невозможно сделать очищение мелких плоских проводов от старой изоляции без их повреждения. Световой луч уберет слой изоляции толщиной меньше 1 мкм или напыленное серебряное покрытие, при этом не касаясь медной составляющей. Кроме того, в сфере электроники лазер применяется для выполнения:

• тонких надрезов,
• отверстий в проводах,
• насечек на платах.

При необходимости с помощью лазерных установок можно убрать полиамидное покрытие с тормозных или охладительных систем, что требуется при зачистке концов соединяемых трубок. Лазерная методика позволит произвести эту сложную операцию без повреждения алюминиевой сердцевины.

Макроприменение

Лазерная очистка металла – недешевый метод, но он полностью оправдан при необходимости в обработке дорогостоящих изделий: украшений, монет, слитков, ценных предметов. Эта технология находит применение и в сфере производства на заводах резинотехнических изделий: световой луч эффективно убирает налет с форм для покрышек после сотен заливок. Если чистить пресс-формы химическим методом, процесс займет много времени, а поверхность дорогостоящего изделия может быть повреждена.

Лазер предотвращает подобные последствия и минимизирует временные затраты на удаление элементов коррозии. Время лазерной обработки формы не превышает 60 минут по сравнению с 8 часами, которые требует химический метод. Также изделие не нужно будет демонтировать перед работой, что намного удобнее технически и исключает проблемы при повторной сборке.

Крупномасштабное использование

Лазерное очищение от ржавчины практикуется в сфере производства комплектующих для самолетов, космических аппаратов и т .д. Еще с 90-х годов многие военные и пассажирские самолеты чистят от краски, налета в рамках техобслуживания при помощи лазера. Такими установками пользуются для снятия старых свинцовых красок с корпусов кораблей, мостов, иных крупногабаритных сооружений, железнодорожных вагонов, зданий.

Классификация лазеров для очистки металла по форм-фактору

Лазерные очистители различаются между собой типом корпуса. Лазерную технику можно разделить на 3 основных вида:

1. Переносные
2. Стационарные с выносным очистителем
3. Стационарные автоматические

Форм-фактор лазера для очистки металла определяет как мощность с производительностью, так и перечень функциональных возможностей.

Переносной лазерный очиститель металла – такая техника обладает предельно легким генератором лазерного излучения и таким же легким выносным очистителем.

Некоторые производители лазеров для очистки создают генератор излучения в формате заплечного рюкзака. В этом случае с лазерным очистителем можно легко перемещаться по производственному участку и обрабатывать требуемые заготовки. Ограничивать ход лазерного очистителя будет лишь токоведущий шнур.

Разумеется, переносные лазерные очистители сильно ограничены в мощности. Такие модели слабо подходят для чистки больших по площади поверхностей. Мощность среднестатистического переносного очистителя составляет до 100 (Вт).

Стационарный лазерный очиститель металла с выносным излучателем – это более мощная и производительная техника, которая размещается рядом с верстаком.

Стационарный генератор позволяет вырабатывать более интенсивное лазерное излучение, что дает возможность заметно ускорить процесс зачистки поверхностей. Мощность стационарных моделей с выносным лазерным очистителем может составлять до 300-500 (Вт).

Многие из лазерных очистителей со стационарным генератором излучения дополнительно оснащаются системой лазерной маркировки и гравировки. В продвинутых моделях можно встретить и лазерную резку со сваркой.

Стационарные варианты лазерных очистителей металла отличаются неплохой производительностью. Но большой и тяжевый генератор лазерного пучка не позволит обрабатывать заготовки вне рабочего стола.

Стационарный лазерный очиститель металла с автоматической работой излучателя – такая техника относится к разряду профессионального производственного оборудования.

Практически всегда лазерные очистители этого типа создается под выполнение определенного технологического процесса, со своим собственным конвейером и плитой для обработки.

В автоматических лазерных станках отсутствует выносной очиститель. Лазерный излучатель обрабатывает поверхности самостоятельно, по заданной программе.

Какой выбрать?

При покупке лазера нужно отталкиваться от тех задач, которые с его помощью будут решаться. Общие рекомендации:

1. Для микрообработки приобретают лазеры малой мощности. С их помощью можно зачистить провода, удалить окислы с клемм и микросхем. Такие устройства востребованы у мастеров, занимающихся ремонтом электроники.

2. Лазеры средней мощности – это наиболее востребованные приборы. Их покупают владельцы автомастерских, занимающиеся чисткой кузовов. С их помощью не только снимают ржавчину, но и лакокрасочное покрытие.
3. Мощные лазеры приобретают крупные заводы и предприятия.

Для личных нужд следует присмотреться к недорогим китайским лазерам. Они востребованы на рынке и стоят дешевле своих европейских аналогов. Средняя длительность эксплуатации прибора без смены головки составляет 50 000 часов.

Перед покупкой нужно обратить внимание на вес установки и на ее габариты