Лазерная очистка поверхности промышленных объектов от лакокрасочных покрытий и загрязнений

• Автор: Самохвалов, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Оглавление
Введение
Г лава 1. Обзор литературы по лазерной очистке поверхности от

Глава 2. Теоретические основы лазерной очистки
2.1 Основные механизмы лазерной очистки
2.2 Численное моделирование испарительного механизма сухой лазерной очистки с учетом поглощения излучения в продуктах абляции
2.3 Теоретический анализ влажной лазерной очистки поверхности
от ЛКП
Глава 3. Экспериментальные исследования механизмов лазерной очистки поверхности от ЛКП и возможностей контроля её результатов
3.1 Оптоакустические исследования механизмов влажной лазерной очистки
3.2 Высокоскоростная видеосъемка процесса влажной лазерной очистки. Оптическая микроскопия результатов очистки
3.3 Гидродинамические явления при влажной лазерной очистке
3.4 Использование метода лазерно-индуцированной эмиссионной
спектроскопии (ЛИЭС) для задач сухой лазерной очистки
Глава 4. Лазерные технологии очистки в промышленности
4.1Технология процесса лазерной очистки растрированных
полиграфических валов
4.2 Технология процесса лазерной очистки стен и сооружений от
радиоактивно загрязненных ЛКП
Глава 5. Установка для лазерной очистки полиграфических
растрированных валов
Заключение
Литература
Введение.
Идея лазерной очистки пришла будущему нобелевскому лауреату Артуру Шавлову, который в 1965-м году провел эксперимент, в котором показал, что можно удалять краску с поверхности бумаги, не повреждая при этом бумагу. В том же году А.Шавлов получил патент на свое изобретение, назвав его «лазерный ластик». Всё это было сделано для того, чтобы развеять существующий тогда среди американского населения миф о том, что лазер имеет исключительно военное применение [1].
Далее в 1972-м году в Италии к американскому физику Джону Асмусу совершенно случайно обратился реставратор, который попросил придумать альтернативный способ очистки мрамора от глубоко въевшихся загрязнений. Сам Д. Асмус занимался голографией и в его распоряжении был мощный рубиновый лазер, с помощью которого он очистил фрагмент мраморной статуй [2]. Вернувшись в США, Д.Асмус занялся лазерной реставрацией и очисткой предметов искусства, на данный момент он возглавляет крупнейшую в мире фирму, проводящей лазерную реставрацию и очистку объектов культурного наследия.
В конце 80-х годов необходимость высокой чистоты поверхности возникла в интегральной технологии, где требовался безопасный метод удаления микрочастиц с кремниевых подложек. Первые эксперименты по лазерной очистке кремниевых подложек лазерами с различными длинами волн провел А.Там, сотрудник корпорации 1ВМ. А.Там также показал эффективность технологии влажной лазерной очистки по сравнению с технологией сухой очистки: перед облучением загрязненного образца на него из паровой фазы осаждался тонкий слой жидкости, который препятствовал возникновению локальных разрушений и снижал энергетический порог лазерной очистки на 20-30% [3].
Но применение лазерных источников для очистки промышленных объектов считалось технологически и экономически целесообразным лишь в отдельных, исключительных случаях. К тому же твердотельные ЫсйУАС-
лазеры и мощные С02-лазеры имели низкие эксплуатационные показатели и трудно встраивались в технологический процесс.
Эта ситуация резко изменилась в 2001, когда российским ученым из МФТИ В. Гапонцевым было налажено производство волоконных иттербиевых лазеров, имеющих высокие эксплуатационные характеристики и высокий КПД.
Актуальность работы.
Таким образом, с начала XXI века началось активное внедрение лазерных технологий на основе волоконных лазеров в промышленность. На сегодняшний день в СИТА, Германии, Франции, Голландии, России уже созданы первые фирмы, занимающиеся исключительно лазерной очисткой технологических поверхностей.
Из особенно актуальных направлений лазерной очистки промышленных объектов можно выделить очистку поверхностей деталей машин и конструкций от группы пленкообразующих материалов, т.е. от лакокрасочных покрытий (ЛКП), имеющих высокую адгезию к подложке. К таким задачам относятся: подготовительная операция очистки рабочей поверхности растрированных валов от ЛКП в полиграфической промышленности, удаление ЛКП при дезактивации помещений и сооружений в атомной энергетике, очистка от старого ЛКП при техническом обслуживании авиационного и железнодорожного транспорта и т.д., также имеется целый ряд специальных задач подобного рода.
Как правило, удаление ЛКП трудно подвергается автоматизации, а существующие методы очистки - механический, химический, ультразвуковой являются низко производительными, малоэффективными и требуют расходных материалов.
Существенным фактором при использовании традиционных методов удаления загрязнений является невозможность контроля результатов процесса очистки поверхности, что делает результат очистки

Плотность мощности 0x108 Вт/см
Рис.2.8 Вычисленная зависимость глубины абляции ЛКП (эпоксидной смолы) от плотности мощности лазерного излучения; точки, полученные при
численном решении, аппроксимированы экспоненциальной функцией с некоторыми постоянными.
Таким образом, из полученного решения и проведенного анализа можно сделать следующие выводы:
- основные потери лазерного излучения происходят за счет поглощения в продуктах очистки и реакции горения в плазменном факеле;
- сильная экранировка излучения может возникать за счет распространяющегося навстречу лазерному лучу плазменного фронта (детонационной волны), вследствие оптического пробоя вблизи очищаемой поверхности, при этом пробой наблюдается во всем рассматриваемом диапазоне плотностей мощности;
- экранировка плазмой основного материала в рассматриваемом диапазоне плотностей мощности пренебрежимо мала.