Лазерная очистка крупногабаритных металлоконструкций

С появлением на рынке мощных волоконных лазеров, имеющих высокий электрооптический КПД, существенно меньшие габариты , возможность подачи излучения по оптоволокну без потери мощности на десятки метров ,повышенный ресурс работы и пр. открылись новые возможности их применения в различных областях термической обработки материалов, в том числе и для очистки крупногабаритных металлических конструкций.

В предварительных исследованиях обработка производилась на имеющемся в распоряжении оборудовании ООО НТЦ «Электроресурс» (волоконный лазер мощностью 700Вт) и ООО «НПП «Мобильные Лазерные Системы» (на волоконном импульсном лазере со средней мощностью 10Вт) в рамках «Комплексной программы исследовательских работ по технологии обработки волоконными лазерами».

Проведенные нами предварительные эксперименты показали ,что для полного удаления краски с поверхности необходима обработка в две стадии:

• 1-«черновая» обработка, после которой продукты сгорания краски остаются на поверхности  и
• 2-«чистовая» обработка ,удаление деструктурированного слоя краски до металла.

Первый этап целесообразно проводить непрерывным излучением, второй этап – импульсно-периодическим излучением, чтобы не разрушать металл.

Скорость черновой обработки фрагмента вагона при мощности излучения 0,7 Вт составила около 7 кв. метров в час. Производительность очистки пропорционально растет с увеличением средней мощности излучения, поэтому при использование лазеров мощностью 2 кВт , серийно выпускаемых в России, можно достигнуть скорость черновой обработки до 20 кв. метров в час. Следует отметить, что в процессе очистки на обеих стадиях  нагрева изделия и изменения структуры материала не происходило.

Предварительные оценки таковы: при чистовой обработке при мощности лазера 10 Вт производительность составляла 0,5 кв. метра в час. Соответственно для достижения производительности 15-20 кв.м. в час необходимо увеличить среднюю мощность лазера до 300-400 Вт.с Площадь обработки вагона - 250 кв.м. Процесс очистки может занять не более 2 –х смен, что сравнимо по времени с пескоструйной очисткой.

Таким образом, разработанный в предварительных экспериментах технологический процесс относится к классу комбинированных (гибридных) лазерных технологий и необходима будет провести комплексные исследования по оптимизации процесса.

При необходимости производительность можно повысить с путем использования последних моделей волоконных лазеров мощностью до 10 кВт или упрощенных, более дешевых волоконных источников (источник, в котором исключена лазерная часть и используется непосредственно излучение накачивающих диодов с КПД преобразования до 50%). Вторая стадия процесса потребует создания более мощных импульсных волоконных лазеров, что является непростой задачей, но можно просто использовать несколько импульсных лазеров параллельно – поскольку излучение передается по волокну, суммирование лазерных пучков особой проблемы не представляет. То есть технически реально получать производительности очистки до 50 кв.м./час.

Фото 1. Черновая обработка.


Фото 2. Чистовая обработка.

К основным преимуществам предлагаемой технологии лазерной очистки следует отнести:

1. отсутствие абразивов и соответственно исключение абразивного износа обрабатываемых конструкций
2. отсутствие нагрева
3. высокая производительность процесса
4. возможность автоматизации
5. экологическая чистота процесса
6. возможность нанесения краски без дополнительной подготовки поверхности
7. минимальный шум
8. минимальное потребление электроэнергии

Для проведения детальных исследований требуется создать экспериментальный стенд включающий 2 типа волоконных лазеров и координатный робот, сконструировать и изготовить оптические головки для обработки поверхностей сложной формы  и исследовать процесс очистки с целью оптимизации технологии и оборудования. Экспериментальный стенд можно организовать и на основе существующего стенда ООО НТЦ «Электроресурс» при дополнении мощности лазера до 2 кВт и приобретении нескольких моделей импульсных волоконных лазеров.

После детального изучения процесса и определения оптимальных требований к аппаратуре необходимо создать опытно-промышленный участок для РЖД (очистка вагонов).Технология может быть применена не только для нужд железнодорожного транспорта ,но и в судостроении, строительстве, реставрационных работах.