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深度解讀

氧化層激光清洗效率翻六倍,意味著什么?

激光制造網(wǎng) 來(lái)源:水滴激光2023-02-07 我要評(píng)論(0 )   

高溫氧化層清洗技術(shù)難點(diǎn)激光清洗做為無(wú)污染、無(wú)耗材、全鏈可視可控的工業(yè)清洗方式,在除銹、除漆、模具和金屬表面工藝等各個(gè)領(lǐng)域的加工應(yīng)用中大放異彩,成為制造業(yè)企業(yè)...

高溫氧化層清洗技術(shù)難點(diǎn)


激光清洗做為無(wú)污染、無(wú)耗材、全鏈可視可控的工業(yè)清洗方式,在除銹、除漆、模具和金屬表面工藝等各個(gè)領(lǐng)域的加工應(yīng)用中大放異彩,成為制造業(yè)企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)的不二之選。但即便在國(guó)內(nèi)激光清洗行業(yè)一片大好的形勢(shì)下,依然存在著少數(shù)“攔路虎”有待克服,而高溫氧化層的清洗,就是其中相當(dāng)頑固的一只。

熱軋?zhí)间摫砻娓邷匮趸瘜拥臉?gòu)成


    高溫氧化層指在高溫下,金屬材料與氧反應(yīng)生成氧化物造成的一種金屬腐蝕。廣義的高溫氧化包括硫化、鹵化、氮化、碳化等,廣泛發(fā)生在鋼、鈦、鋁等各類工業(yè)金屬的制備過程中。在激光清洗的實(shí)踐中,水滴激光研究人員總結(jié),區(qū)別于普通的氧化層,高溫氧化層在激光清洗工藝中有著三個(gè)難點(diǎn):


  • 一般的氧化層厚度僅有幾十納米,而高溫氧化層的厚度單位是微米,千倍于普通氧化層。相應(yīng)地導(dǎo)致清洗效率會(huì)大幅下降。


  • 與附著在基材表面的異物如漆,膠等不同的是,高溫氧化層是金屬坯體因內(nèi)部形成更高的氧缺陷濃度,促進(jìn)原子的擴(kuò)散,導(dǎo)致氧化層的致密度大幅提高的金屬基材本身。在這種情況下, 當(dāng)氧原子和碳原子滲透入金屬表層時(shí),它們之間的結(jié)合力也更強(qiáng),清洗時(shí)也會(huì)更加艱難。


  • 激光清洗的原理復(fù)雜,包括材料表面發(fā)生的 燒蝕、分解、電離、降解、熔化、燃燒、氣化、振動(dòng)、爆炸、剝離等物理化學(xué)變化過程。而高溫氧化層對(duì)高溫有著更強(qiáng)的耐受性,這使得激光清洗基于燒蝕與氣化機(jī)理的部分更難起作用。


   而這些因素最終導(dǎo)致激光清洗工藝在清洗高溫氧化層時(shí)效率普遍只有2-3㎡/h,無(wú)法滿足工業(yè)清洗的效率要求。

水滴激光實(shí)現(xiàn)工藝突破


    這是近年來(lái)業(yè)內(nèi)所有做激光清洗技術(shù)研發(fā)的公司都在努力攻克的一個(gè)難點(diǎn),因?yàn)樵谶@個(gè)難點(diǎn)背后,是替代國(guó)內(nèi)軋制板材金屬酸洗工藝的巨大市場(chǎng)。


    酸洗板是將熱軋板浸入硫酸等的化學(xué)劑溶液,除去金屬表面的氧化物等薄膜后的產(chǎn)物,是軋制板電鍍、搪瓷、軋制等工藝的前處理或中間處理。在汽車行業(yè)、機(jī)械行業(yè)、輕工家電和各種形狀的沖壓件中都有廣泛的應(yīng)用:如大梁、副梁、輪輞、輪輻、車廂板、風(fēng)機(jī)、化工油桶、焊管、電氣柜、柵欄、鐵梯等。

酸洗工藝成熟,但可替代空間較大


酸洗工藝存在著如氧化鐵皮壓入,氧斑,黃斑,欠酸洗或過酸洗等缺點(diǎn),酸洗過程也會(huì)產(chǎn)生氯化氫酸霧,以及pH,SS,COD,BOD?成分的廢槽液、廢渣、廢濾芯等環(huán)境污染物。但因其工藝成熟,單次成本低,清洗速度快的特點(diǎn),至今仍是軋制板去除氧化層時(shí)的第一選擇。


但在國(guó)家踐行雙碳減排政策的當(dāng)下和未來(lái),為國(guó)內(nèi)龐大的酸洗工藝市場(chǎng)尋找新的綠色替代技術(shù)方案無(wú)疑是迫在眉睫且勢(shì)在必行的。
水滴激光作為國(guó)內(nèi)少數(shù)深耕激光清洗技術(shù)研發(fā)的龍頭,在激光器固有性能和傳能光纖性能不變的前提下,通過特定工藝窗口和清洗方式,成功將高溫氧化層的清洗效率提升了300%-500%,也是國(guó)內(nèi)首家在該領(lǐng)域激光清洗效率突破10㎡/h 的研究企業(yè)。


我們?cè)?strong>TS5工藝窗口對(duì)高溫氧化層清洗效率為14.5㎡/h,在TS11TS13工藝窗口對(duì)高溫氧化層清洗效率也都穩(wěn)定達(dá)到10㎡/h以上




    目前我們對(duì)高溫氧化層的清洗效率也是國(guó)內(nèi)激光清洗業(yè)內(nèi)最高的清洗效率。該項(xiàng)激光清洗工藝的突破,意味著可實(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備每天清洗200-300平的效率需求,是對(duì)激光清洗替代酸洗的道路上邁出的重要一步。

激光清洗對(duì)酸洗存在比較優(yōu)勢(shì)


    激光清洗雖然效率上還無(wú)法達(dá)到酸洗工藝同等程度,但就其他方面而言有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì):


  • 酸洗法需化學(xué)劑作為耗材,因此單位成本構(gòu)成為設(shè)備折舊+耗材成本;激光清洗除了購(gòu)買設(shè)備之外并不需要其他耗材。單位成本就是設(shè)備折舊;因此清洗規(guī)模越大,年限越長(zhǎng),激光清洗的單位成本就越低。

  • 酸洗生產(chǎn)線的構(gòu)成需要的流程復(fù)雜,不同金屬材料的酸洗劑配比并不相同,因此轉(zhuǎn)化生產(chǎn)線便需要較大的轉(zhuǎn)化成本,短期內(nèi)清洗的金屬材料單一,無(wú)法靈活變動(dòng)。激光清洗則不存在轉(zhuǎn)化成本:同一臺(tái)清洗機(jī)切換軟件參數(shù)后就可以實(shí)現(xiàn)前一分鐘清洗鋼板,下一分鐘清洗鋁合金的效果。方便企業(yè)實(shí)行JIT柔性生產(chǎn)。

  • 隨著這兩年中國(guó)對(duì)“碳達(dá)峰、碳中和”政策的相關(guān)文件出臺(tái),對(duì)制造業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的要求越來(lái)越嚴(yán)格,對(duì)環(huán)境保護(hù)方面日益看重。酸洗生產(chǎn)線的環(huán)評(píng)報(bào)告也日益嚴(yán)格,相關(guān)企業(yè)的利潤(rùn)率越來(lái)越薄。反過來(lái)對(duì)高新技術(shù)的扶持力度加大??傮w環(huán)境來(lái)看,更利好激光清洗。


    酸洗板在我國(guó)制造業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛而深入的應(yīng)用,對(duì)我國(guó)的工業(yè)支撐起著積極的作用。但隨著我國(guó)的制造業(yè)升級(jí),產(chǎn)能優(yōu)化和結(jié)構(gòu)調(diào)整也在慢慢進(jìn)行著。


    雖然14.5㎡/h的效率仍落后于酸洗工藝,技術(shù)路徑也還不夠成熟,但相信隨著高功率激光清洗設(shè)備的出現(xiàn)和先進(jìn)激光清洗工藝的迭代突破,激光清洗將逐步取代酸洗工藝市場(chǎng)。


    也許在下個(gè)十年,酸洗板就會(huì)有個(gè)全新的名字——激洗板。

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激光應(yīng)用激光切割焊接清洗
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