专话与综述 文章编号：１６７１－８９０９（２０１８）０５－００２３—０９ 清洗世界 Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｗｏｒｌｄ 第３４卷第５期 ２０１８年５月 激光清洗技术发展及应用 邢宏楠 ，冉合利２，赵慧峰 ，郜丽坤。 （１．中车长春轨道客车股份有限公司，吉林长春１３００６２； ２．中制高科技术股份有限公司，北京１００１７６） 摘要：激光清洗相对于传统的一些清洗方法（机械清理、液体清洗），具有清洗效果优良、保护 环境等诸多优点。文中对国内外激光清洗技术的发展现状、激光清洗的机理以及激光清洗目前 的主要工业应用进行了简要概述。 关键词：激光清洗机理；激光清洗应用；激光清洗 中图分类号：ＴＮ２４９ 文献标识码：Ａ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＸＩＮＧ Ｈｏｎｇｎａｎ ，ＲＡＮ Ｈｅｌｉ ，ＺＨＡＯ Ｈｕｉｆｅｎｇ ，ＧＡＯ Ｌｉｋｕｎ （１．ＣＲＲＣ Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｒａｉｌｗａｙ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｊｉｌｉｎ １３００６２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｈｉｎａ Ｈｉｇｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１７６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐａｒｅ ｔｏ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ（ｉ．ｅ．ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ）， ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｈａｓ ｓｅｖｅｒａｌ ｕｎｉｑｕｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ，ｄａｍａｇｅ—ｆｒｅｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆｒｉｅｎｄｌｙ ａｎｄ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｃｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ，ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ 激光清洗是基于激光与物质相互作用发展而来 的一种新型绿色清洗技术＿】］。与机械摩擦清洗、化 “绿色”清洗。 ２）非接触式清洗，对基材损伤小。激光清洗过 程中与工件无物理接触，损伤基材的倾向性小。而 多数的传统清洗方法往往是接触式清洗。对清洗物 体表面有机械作用力。损伤物体的表面或者清洗的 介质附着于被清洗物体的表面，无法去除，产生二次 污染。 学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗和高频超声清 洗等传统清洗方法相比，激光清洗具有其独特的 优点［２－４］。 １）保护环境。激光清洗可以降低环境污染。它 不需使用任何化学药剂和清洗液，清洗下来的废料 基本上都是固体粉末，体积小、易存放、可回收，实现 收稿１３期：２０１７—１２—０４。 ３）较高灵活性、稳定性和自动化。很多激光清 作者简介：邢宏楠（１９８０一），男，高级工程师，主要从事轨道客车涂装工艺技术工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｎｇｈｏｎｇｎａｎ＠ｃｃｃａｒ．ｃｏｎ．ｃｎ。 通讯作者：冉合利（１９８６一），男，硕士，主要从事激光清洗工艺研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｒａｎｈｅｌｉ＠ｃｈｔｍｇｒｏｕｐ．ｃｏｎ。 清洗世界 第５期 洗系统采用光纤传输，既可以与机器手臂配合实现 精准操作，也能与手持式激光头灵活连接使用。尤 其对于危险的作业区域，可以与机器人同步．实现远 程遥控清洗。 ４）清洗质量好。激光清洗能够清除多种材料表 面不同类型的污染物，达到常规清洗无法达到的清 洁度；还可以实现在不损伤材料表面的情况下，选择 近些年来，伴随着先进激光器的发展，从低效、 笨重的二氧化碳激光器到轻便、小巧的光纤激光器． 从连续输出激光器到纳秒甚至皮秒、飞秒的短脉冲 激光器，从可见光输出到长波红外光及短波紫外光 输出，现今的激光器无论是在能量输出、波长范围还 是在激光品质、转能效率上都有了飞跃式的进展．激 光清洗技术也在理论和应用上取得了越来越多的 性地清洗材料表面污染物。 ５）清洗效率高。为了提高清洗效率，激光清洗 系统采用振镜等扫描技术将点光源转化为线光源或 面光源，大大提升了清洗效率。 近年来，激光清洗技术在很多领域也得到了广 泛应用，除了应用于清洗艺术品、古代典籍和微电子 元器件表面的纳微米颗粒外，也拓展到了众多工业 加工领域，例如：激光除氧化皮、除油污、除漆、焊前 预处理等等。可清洗的材料也十分广泛，包括：各类 金属、半导体、塑料、复合材料等。 １ 激光清洗技术的发展 激光清洗这一概念最早是由著名物理学家 Ａｒｔｈｕｒ Ｓｃｈａｗｌｏｗ在２０世纪６０年代中期提出。 Ａｒｔｈｕｒ Ｓｃｈａｗｌｏｗ是激光技术的先驱，他提出利用激 光技术可以清除古籍上的污染物，甚至涂抹文字和 图案，以进行修复。而后，激光逐渐被应用于古代典 籍的修复和保养。１９８１年，Ａｒｔｈｕｒ Ｓｃｈａｗｌｏｗ因他对 激光光谱学的贡献获得了诺贝尔物理学奖。２０世 纪７０年代．美国加州大学的学者Ａｓｍｕｓ＿５］发现激光 可以去除石像雕塑表面的深色污垢且不损伤石像本 身．并开始了激光清洗雕塑等艺术品方面的科学研 究．当时他用于清洗研究的激光器是脉冲红宝石激 光器和Ｎｄ：ＹＡＧ激光器。目前，艺术品保养已经成为 激光清洗技术的重要应用之一。２０世纪８０年代，佛 罗里达州立大学Ｓｕｓａｎ Ａｌｌｅｎ＿６］的课题组利用激光清 除了微电子硅片表面上亚微米级的污染颗粒。开启 了对激光清洗微纳米颗粒的探究。 成果 ２激光清洗机理概述 激光与材料表面作用过程中，材料的反应会随 时间的变化而不同。以金属材料为例，激光照射在 材料表面１００ ｆｓ左右，物质中的电子吸收激光能量 开始震动，震动幅度较大时，外层电子会摆脱原子核 束缚，在材料表面产生少量等离子体，由于此时热量 并没有传递到晶格，因而不会产生宏观热效应。当 作用时间达到７～１０ ｐｓ，能量开始传递到晶格，晶格 中的原子核开始震动，进而产生宏观的温度升高。 随着激光与材料作用时间的继续增加。被照射的局 部开始升温、熔化、汽化以至在材料表面形成大量等 离子体。 激光清洗的过程中激光与材料作用机理有多 种，相对于其他的，激光加工较为复杂，且在加工中 多种机制可以同时作用。通常根据基材与污染物的 物理和化学特性，以及其他具体的要求，采用不同的 清洗机制。Ｗ．Ｍ．Ｓｔｅｅｎ 将激光清洗按照移除机制 概括性地分为三大类：汽化加工、冲击加工和震荡 加工。 ２．１汽化加工 汽化处理包括选择性汽化和消融。选择性汽化 就是通过激光的照射汽化表层污染物，而由于温度 的急剧升高主要发生在表层界面、达不到基材物质 的熔点，从而不会损伤基材；消融则需要更大的光子 能量去断裂聚合分子污染物的化学键，从而将其 清除。 ３４巷 宏柯｝ｊ．等．激）匕清洗技术发展及心川 ２．１．１ 选择性汽化 选择性汽化 文物清理时较为 。研究发 现． 清洗人 文物过程巾，当激光的脉冲宽度 １～１ ０００ ｓ，￣ｌＪ匕，ｔｒ２Ｌ 度在１ ０ ～１０ Ｗ／ｃｍ ｔｔ寸，激 光可以选择性汽化壤材表面的污染物，并日．完全不 损伤 材 这干叶 参数下，对激光能 的吸收牢 高的污染物ｒ Ｊ 傲迅速『ＪＩ１热至熔点，以致汽化，而大 删 材小会 为热膨胀ｌ１ｒｌ『开裂．也不会熔化和 汽化 、 选择一 汽化的机 卡Ｈ埘简单．Ａｓｍｕｓ ６１川ｔ简化的 维热传导模 对此机制进行＿ｒ分析概括（ＩＮ １）－ 污垢 基体 图１ 二维热传导模型 ㈤，， ： （‘ ） （１）．（ ） 式Ｉｌ１：Ｔ㈨足 过｝｛、ｆ问ｆ之 材料表面的温度；Ｋ是 ． 热 钙： 是热扩散牢 Ｉｉ１．热扩敞牢： ＝Ｋ／（ｐＣ ） （２） 式巾：Ｐ垃密度；ｃ．．是比热容． ．埘模， 条件作细Ｉ下简化：１）激光大小和能量在 加ｌ 过 ｒｆｔ没有变化：２）污染物的厚度均匀、尤变 化；３））ＴｃＤｔｔ￣大小远大丁污染物厚度；４）光斑大小远大 ｒ热扩敞 离． ｌ ㈨，Ｊ热扩散距离：即可近似为： Ｚ＝（ＯＺｔ） （３） 埘丁一股的矿石（ ＝１０ Ｃｌｌｌ！／ｓ），ｊ１Ｊ脉冲宽度 为ｌ０～ｓ的激光照射，热扩散距离为３×１０ ｃｎｌ左 ２．１．２ 消融 仃机物的清洗机制中，“冷”消融颇受青睐， 【六１为在加Ｔ过程中仅会引入极少量的热，订时 至 可以做到完全没有热效应 。根据理论公式， 个 光子的能量取决于光的波长，即Ｅ＝ｈｖ。也就足说， 波Ｋ变短时，单光子能量会成比例地增大 例如１： 准分子激光器的光子能量（４．９ ｅＶ）就比二氧化碳激 光的光子能量（０．１２ ｅＶ）大４Ｏ倍。 准分子激光器产生的光子在紫外范同内，其能 量足以打断碳氢键。有机物是由很多含有碳氛键的 单元聚合而成，用高能光子照射可以使其发生化学 键断裂，从而使其轻松地被移除。太阳光使塑料老 化亦同此理，只是激光的能量更加集巾，效率也远高 于太阳比 ．消融机制体现于绘画和手Ｔ制品的保养 与维护巾“ 。 ２．２冲击加工 在实际的激光清洗中，汽化加Ｔ的应川并 广 泛 『六ｌ为汽化加Ｔ效率低、基材升温高等不足，Ｈ｜埘 污染物和基材的物理性质要求较高，在多数情况卜 仅应川于一 文物的清洁。现今短脉冲与趣短脉冲 激光已经有了非常广泛的心用，采用Ｑ—ｓｗｉｔ￣·ｈ的激 光可以将脉冲宽度控制在纳秒级别 这样既ｒ· 以檄 大地降低热埘基材的热输入， 时又提高Ｊ 移除污 染物的效率 、 激光脉冲宽度降低的同时，激光清洗的￣ＪＬＳ！ｌ！也 在发生变化。不同于汽化加Ｔ的直接将污染物汽化 带走，纳秒级别以下的激光可在材料表面形成某种 能量【才１，通过垂直于表面的压力将污染物 碎后移 除，也就是所谓的冲击加Ｉ 冲击处理包括了碎裂和冲击波清洗 ．此机 主 要利用汇聚后的高能激光产生的冲击力，灾现ｘ；ｔ＇７‘ 染物的清除 ２．２．１碎裂 在用Ｑ—ｓｗｉｔｃｈ（脉冲宽度约为５～２０ ｎｓ）激光的 清洗过程中，污染物的移除是由碎裂机制所致 ． 巨大的能量密度（１０ ～１０“ Ｗ／ｃｍ ）下，即使足对激 光反射率较高的材料，也会吸热升温以致于汽化，行 能在短时问Ｉ大】与其周边的 气同时达到１０ ～１０ Ｋ 左右的ｉ高温、住这种高温下．汽化的材料以及周边 的空气都会发生电离． 材料ｌ 方形成一团等离子 体川 ｉ 、等离子体的形成过程伴随着其对激光能 量的吸收， 等离 …增Ｋ到一定程度后，可以在激 光和材料之间形成隔离层，使激光能量很难再传递 到材料表面，这时材料表面停止汽化 当激光继续 照射时，商温、离 的离于 继续受热膨胀，并在材 料表面产，¨ ｒ达到ｌ０ ＭＰａ的高压，相当于对材料 微观 域内施ＪＪＩｌ＿ｒ冲 波Ｉ”Ｉ、 激光脉冲停止时， 等离子体膨胀后从材料表【面散去，并 移除ｌ～ ｌＯ０ 行的厚度 ２为高能脉冲对同体表面 碎裂过 永意 ＼ 碎＼ 裂／ ／ 压 力 压 力 初期 图２ 高能脉冲在固体表面引起的碎裂效应 某些情况下，激光冲ｉｈ－ＪＪｆ】Ｔ金属时产生的冲 波是｝｝Ｉ，ｃ念的金属和¨ 边的气体共同组成的 、、 由罔３所爪， 金属气体和周边空气中问，有一个 缩卒气Ｉ≮域，冲。ｔ；－波就是 缩空气区域和周边空 阑空周围空气—． 气一 嘲 ｜妻 蔓’ 毒蒋饔 气一… ． … …一 努森扩敞层—－ 同体基材一 图３ 蒸气压清洗原理 ５ ｊ９ 的界『ｆｌｆ处产生 这种机 并不 要等离Ｊ 休的辅 助。仅凭借 仃较高动能的金Ｊ茜 体【！『】ＩＩＪ‘，这也址熊 清洗和碎裂的区别 ２．２．３激光冲击波清洗 彳丁研究表明，高能激光脉冲 —ｒ 处． 穿 ｑ － 气许产 等离子体．这种等离 体…’川ｒ激 消 洗 ．不 ］＿其他清洗机制的激光垂ｈ：入日寸， 波清洗足使激光束平行于被ｌ』ＪＩ１＿厂式样， 试样丧ｉｌｌ Ｌ方儿宅米处聚焦并Ｊ ：尘等离ｆ体， 聚 处的能 世密度［】『高达ｉ０ Ｗ／ｃｍ 宅 ｛Ｊ芷．ｈ穿 ｉ ＩＵ离肜成 冲击波． 材料表面施加 力 扔 ０算， 离 … 边缘处的 燃可达到Ｌ百兆巾ｆ１、冲 波Ｊ；１１ ｌ 爪也 如【殳］４所爪 冲出波 ＼ ／ 鼍罡瞳争 …… ｌ１．． 。· 微尘颗 图４激光冲击波加工示意图 激光冲ｍ波清洗对污染物和 材的物川 质儿 没有要求，ｍ于激光 没有 按照射 巾于 Ｉｌｌ ． 对 材的损伤很小 基材干ｕ污染物刈‘村｛心波长的ｌＩ殷 收率决定＿，清洗效率，加ｌ ｆＩ、ｆ激光倾斜·定『ｆ】 会×ｌｆ效牢柏‘所改善 ２．３震荡加工 震荡处理包括了瞬间表面热效应ｆ１晾：｝『ｆＪ激光清 洗、 陔机州足利用污染物干¨ 材热膨ＨＫ系数小 的 特点，通过激光的瞬Ｉ１＝ＩＪ热处理， 污染物ｎ动剁离 实观清洗． ２．３．１ 瞬间表面热效应 很多研究表明，短脉冲激光 丌以在 体材料＆ 面产生瞬 的热弹力 ” 瞬『ＨＪ表而热效Ｊ、 ｊ冲 加Ｔ是 ＩＸ别的 ！ｆ，激光快速地辐射 材料 叫‘．被ＪＪ【１热 会在瞬问产，卜一个而向瑚 Ｉ 域的 心力， 随之扩展至整个材料，这个 Ｊ、 力址Ｊ ）ｊＩ ＪＪ 第３４卷 邢宏楠，等．激光清洗技术发展及应用 激光速 ·２７· 正常的热胀冷缩的。对于脆性材料，当这个压应力 足够大时，当压力的某个分量大于脆性材料挤压断 裂所需要的切应力，材料发生断裂。值得注意的是， 由于这种断裂是由表面材料的快速膨胀和收缩造 角 成．因此对于基材造成的损伤微乎其微。这同时也 就意味着在采用这种机制的加Ｔ过程中，可以不引 激光束 人或者极少引人等离子体，即看不到火花¨ ］。 对脉冲激光产生的瞬间表面热效应的这种机制 Ｊ Ｉ Ｉ ｌ Ｊ 作了建模分析，分析得出在式样的水平和垂直方向 都能观测到温度梯度，应力从受热处向四周传递。 值得注意的是，当被加ｌＴ表面受到约束时，表面受到 的热弹性力比未加约束时的高出很多 。例如，当 人们采用这种工艺。用一束能量密度是１０ Ｗ／ｅｍ ， 频率是１０ Ｈｚ的激光加Ｔ ３０４不锈钢时，检测到材 料表面升温ｌ５．５℃，测得表面压力为３８ ＭＰａ，这个 压力是激光自身光压的１．２×１０ 倍。而当表面未加 约束时．产生的表面压力仅为光压的ｌ７倍。还有实 验表明，在材料表面有一层水膜时，这种＿Ｔ艺更为 有效［ ２．３．２斜角激光清洗 （ｈ）激光束与材料表面成一定角度 （ａ）激光束与材料表面垂 图５斜角激光加工原理 清洗艺术品、古代典籍和清除微电子元器件表面的 纳微米颗粒外．激光已经广泛应用于众多＿丁业加工 领域，包括激光除锈、除氧化皮、除油污、除漆和焊 前预处理等等。可清洗的材料也十分广泛，包括各 类金属（钢、铝合金、钛合金）、半导体、塑料和复合 材料等等。 ３．１激光除漆 常规的激光加工都是激光束与材料表面垂直， 这样可以让激光更均匀地作用，减小光斑的面积，从 而提高加工效率。与常规的激光加工不同，在清除 某些污染物时，当激光束与被加Ｔ表面成一定角度 时，反而会很大地提高加＿丁效率［ 】。斜角激光加＿Ｔ 原理如图５所示。当激光倾斜地照向污染物时，也 有部分激光会辐射在基材上．这时基材和污染物同 由于激光清洗的高集成、高效率、便于自动化 操作和对基材损伤小等特点，激光除漆技术被越来 越广泛地采用。目前，用于激光除漆的激光器包括 纳秒光纤激光器、Ｎｄ－ＹＡＧ激光器、ＣＯ，激光器、 时吸收能量．基材表面也会产生热弹性应力，从而将 污染物“抖”掉。在清理一些附着力不强的污染物 时，这种工艺可以降低移除污染物的能量阀值，并且 很大地提升清洗效率。 准分子激光器和大功率半导体激光器等 。不 同激光器除漆的机理也不尽相同。比如红外波段 输【叶Ｊ的二氧化碳激光器，利用的主要是选择性汽化 机理，这是由于金属基材对１０．６ ｍ红外光的吸 ３ 激光清洗目前主要的工业应用 近２０年来．随着激光器技术的迅猛发展．激光 清洗的应用领域也得到了很大的拓展。除了早期的 收远远小于漆层材料；而对于紫外波段输出的准分 子激光器，则利用的是无热效应的光化学消融 清洗世 第５别 机理。 激光除漆的应用十分广泛，基材从铝合金、合 金钢，到复合材料、墙壁等等 ２８－３１ 。图６是激光清 除不锈钢表面的漆层。图７为铝合金表面激光 除漆。 图７铝合金表面激光除漆 （漆为门色烤漆．厚约０．２ ｌｌｌｎｌ：肇材为铝； ） ３．２激光除微纳米颗粒 微纳米级的小颗粒污染物由于体积微小、而且 能与基材表面产生一定附着力而难以清除、这种污 染物会严重影响产品质量，例如微电子产品表而的 小颗粒会影响产品的电路特性 目前，激光清洗在 该领域广泛应用，Ｃ．Ｃｕｒｒａｎ 等利用紫外光清除硅 片表面的金属微粒（冈８）。 ３．３激光清洗和保养艺术作品 激光对艺术品清洗可以追溯到２０世纪７０年 代。美国加州大学的学者Ａｓｍｕｓ发现激光可以去除 石像雕蝮表面的深色污垢并不损伤石像的基底，于 是开始了激光清洗雕塑等艺术品保养的科学研究， 当时用于清洗Ｔ作的激光器主要包括脉冲红宝石激 光器和Ｎｄ：ＹＡＧ激光器。目前，艺术品保养已经成为 图６激光清除合金钢表面的漆层 （ａ） 锈钢基材表面：（Ｉ ）－－（ｅ）用不同扫描速度 （…８ ０００ ｍｎ￣／ｍｉｎ增至１４ ０００ ｍｎＶｍｉｎ）清除漆层后的结果 （＿二氧化碳激光器．激光功率３００ Ｗ） 激光清洗技术的重要应用领域之一。该领域取得的 成果也是日新月异。Ｓ．Ｇｅｏｒｇｉｏｕ等 利用准分子激 光器对修复绘画艺术作品进行 尝试，并获得了比 较满意的效果。Ｊ．Ｈ．Ｓｃｈｏｌｔｅｎ等 通过控制激光束 第３４卷 邢宏楠，等．激）匕清洗技术发展及应朋 ·２９· 领域 其基本原理就是利用锈层或氧化层和基材热 参数的不同，通过选择激光的能量、脉冲频率和脉冲 宽度等参数。实现对表面的锈或氧化层的快速加热、 气化、消融而对基材的热影响最小化。同时．处理过 程中产生的冲击波也对锈或氧化层具有一定的机械 清洗能力，从而达到迅速除锈的效果。另外，当使用 激光除锈或除金属氧化层后，金属表面会形成一层 微米级的保护膜，从而除锈的同时又提高了表面的 抗氧化性能。图ｌ０为激光除锈的处理结果。 清洗后（Ｏ．１６ Ｊ／ｅｒａ ） 图１０激光清除碳钢的表面浮锈 ３．５焊前预处理 焊前预处理也是激光清洗的重要Ｔ业应用之 一清洗后（Ａｔ ０．２０ Ｊ／ｅｍ ） ，目前主要应用于清洗各类金属合金和高温合金 图８ 紫外激光清除硅片表面的金属微粒 的表面，如铝和钢等。通过激光的表面处理．可以去 除基材表面的油污、氧化皮等污染物，以保证焊接质 量。传统的焊前预处理大多是通过化学酸洗的方 法，污染环境且效率低。而激光的焊前预处理可以 全面避免上述缺点。图ｌ １为用激光清洗对不锈钢 管和镍基高温合金材料进行焊前预处理 ４ 总结 图９激光清洗后的１８世纪肖像绘画作品＿３ Ｊ 本文介绍了激光清洗技术产生的背景．简述了 成功清洗了污染的古代绘向艺术作品。Ｐ．Ｐｏｕｌｉ 等 利用飞秒紫外激光应刚于艺术作品．成功清除 了艺术品表面的油漆污染物。图９为激光清洗ｌ８ 世纪肖像绘画作品效果罔。 ３．４激光除锈和金属氧化层 不同材料激光清洗的机理，并针对目前激光清洗的 适用领域进行了简要的分析概述．表明了激光清洗 技术拥有着广泛的应用前景。同时也相信，随着激 光清洗技术的不断进步，将会使我国传统清洗ｌ丁业 面临的环境污染、效率低下和自动化程度低等难题 迎刃而解 除锈和除氧化层是目前激光清洗应用最广泛的 ·３０· 清洗世界 第５期 ［６］Ａｌｉｅｎ Ｓ Ｄ，Ｌｅｅ Ｓ Ｊ，ｌｎｉｅｎ Ｋ．Ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｉ）ｒ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｓｕｒｆａｃｅｓ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃｓ＆Ｐｈｏｔｎｉａｃｓ Ｎｅｗｓ，１９９２，３（６）： ２８—３０． ［７］Ｓｔｅｅｎ Ｗ Ｍ，Ｍａｚｕｍｄｅｒ Ｊ．Ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｌａｓｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１０，（３）：４１７—４４０． ［８］Ｃａｓｔｉｌｌｅｊｏ Ｍ，Ｍａｒｔｉｎ Ｍ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ【ｍ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｏｆ ｐｏｌｙｅｈｒｏｍｅｓ ＯＩ１ ｗｏｏｄ［Ｊ］．Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｃｕｌｔｕｒａｌ Ｈｅｒｉｔａｇｅ，２００３，４（３）：２４３—２４９． ［９］毛宗雄．石材文物的激光清洗技术［Ｊ］．洗净技术，２００３， （８）：５８－６０． ［１０］宋峰，苏瑞渊，邹万芳，等．艺术品的激光清洗［Ｊ］．清洗 世界，２００５，（１０）：３７—４０． ［１１］张巧，胡振华．液体射流双脉冲激光诱导ｃａ等离子体发 射光谱研究［Ｊ］．中国激光，２０１３，４０（２）：２４ｌ－２４７． （ 一）激光焊前预处删不锈钢管 ［１２］刘红芳．激光清洗技术的应用研究［Ｊ］．科技展望，２０１５． ２５（３２）：１０４． ［１３］刘剑，陆建，倪晓武，等．单品硅片在脉冲激光作用下的 断裂行为［Ｊ］．光学精密Ｔ程，２０１１，１９（２）：４１４－４２０． ［１４］Ｌｅｉｄｅｒｅｒ Ｐ，Ｋａｕｔｅｋ Ｗ，Ｆｏｔａｋｉｓ Ｃ，ｅｔ ａ１．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ—ｓｏｌｉ￣ｌ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔｏ ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ’ＳＰＩＥ，２０００，３８８５：４９９— ５０８． ［１５］张文．镍基高温合金脉冲激光打孔数值模拟及实验研究 ［Ｄ］．江苏大学，２０１６． （１，）激ｊ匕焊前预处理镍基高温合金 ［１６］邱兆飚，朱海红．脉冲激光除锈Ｉ 艺研究［Ｊ］．应只＝｛激光， ２０１３，３３（４）：４１６—４２０． 图１ １ 激光清洗应用于焊前预处理 ［Ｉ ７］Ｌｅｅ Ｊ Ｍ，Ｗａｔｋｉｎｓ Ｋ Ｇ．Ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｐａｔｔｉ（－ｌｅｓ ｏｎ ｓｉｌｌ（．Ｉ）Ｉ１ 参 考 文 献 ［１］俞鸿斌，王春明，张威．等．激光清洗应用发展现状及展望 ［ｊ］．电焊机，２０１４，４４（１０）：８０－８４． ［２］宋峰，刘淑静，颜博霞．激光清洗——富有前途的环保型 ｗａｆｅｒ ｂｙ ｌａｓｅｒ—ｉｎｄｕｃｅｄ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｐｌａｓｍａ ｓｈｏｔ·ｋ ｗａｖｅｓ［Ｊ］． Ｊａｎｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２００１，８９（１ １）：６４９６—６５００． ［１ ８］Ｆｒａｎｃｋｓｅｎ Ｄ．Ｌａｓｅｒ ｍａｒｋｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｍｅｄｉ（·ａｌ ｔｅｃｈｎｏｈ）ｇｙ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ［Ｊ］．Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｌａｓｅｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，２０ １ １． ［１ ９］Ｍｃｋｉｎｌｅｙ Ａ，Ｐａｒｋｅ Ａ Ｗ．Ａｔｏｍｉｃａｌｌｙ ｃｌｅａｎ ｓｅｍｉｃ（）ｎｌｔｕｃｔｏｒ 清洗方法［Ｊ］．清洗世界，２００４，（５）：４３－４８，６０． ［３］Ａｒｔｗｏｒｋｓ Ｌ Ａ Ｉ Ｃ ０．Ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ［Ｍ］．２００２． ［４］Ｔａｍ Ａ Ｃ，Ｐａｌ’ｋ Ｈ Ｋ，Ｇｒｉｇｏｒｏｐｏｕｌｏｓ Ｃ Ｐ．Ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｏｆ ｓｕｌｆａ（·Ｐ ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８， １２７－１２９：７２１－７２５． ｓｕｒｆａｃｅｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｌａｓｅｒ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉ（ ｓ Ｄ：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｅｓ，２０１２，ｌ３（１０）：１９３． ［２０］Ｄａｕｒｅｌｉｏ Ｇ，Ｃｈｉｔａ Ｇ．Ｃｉｎｑｕｅｐａｈｎｉ Ｍ．Ｎｅｗ ｌａｓｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ：ｃｌｅａｎｉｎｇ，ｄｅｒｕｓｔｉｎｇ，ｄｅｏｉｌｉｎｇ，ｄｅｐａｉｎｔｉｎｇ， ｄｅｏｘｉｄｉｚｉｎｇ，ａｎｄ ｄｅｇｒｅａｓｉｎｇ［Ｊ］．Ｐｒｏ（·ｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ，１９９７． ３０９７：３６９－３９１． ［５］Ａｓｍｕｓ Ｊ Ｆ．Ａｒｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｏｆ ｓｅｉｅｎｅｅ／／Ｌａｓｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃＩｅｓｒｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ａｒｔｗｏｒｋｓ［Ｍ］．Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ，Ｂｅｒｌｉｎ：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ， ２００５：１—８． ［２ １］Ｐｌｏｎｅｒ Ｌ．Ｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒ ＦＥＡ ｌａｓｅｒ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｆｔ．’ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ｐａｉｎｔ ［Ｊ］．ａｓＬｅｒ Ｆｏｃｕｓ Ｗｏｒｌｄ，１９９５． 第３４卷 邢宏楠，等．激光清洗技术发展及应用 ［３Ｏ］朱伟，孟宪伟，戴忠晨，等．铝合金平板表面激光除漆工 艺［Ｊ］．电焊机，２０１５，４５（１１）：１２６—１２８． ［２２］Ｍａｄｈｕｋａｒ Ｙ Ｋ，Ｍｕｌｌｉｃｋ Ｓ，Ｓｈｕｋｌａ Ｄ Ｋ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｍｏｄｅ ｉｎ ｐａｉｎｔ ｒｅｍｏｖａｌ ｗｉｔｈ ａ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ［Ｊ］． Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１３，２６４（１）：８９２—９０１． ［３１］解宇飞，刘洪伟，胡永祥．船舶板材激光除锈工艺参数确 定方法研究［Ｊ］．中国激光，２０１６，４３（４）：１０９—１１６． ［３２］Ｃｕｒｒａｎ Ｃ，Ｌｅｅ Ｊ Ｍ，Ｗａｔｋｉｎｓ Ｋ Ｇ．Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｌａｓｅｒ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｆｒｏｍ ｓｉｌｉｃｏｎ ｗａｆｅｒｓ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃｓ＆ Ｌａｓｅｒｓ ｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００２，３８（６）：４０５—４１５． ［３３］Ｇｅｏｒｇｉｏｕ Ｓ，Ｚａｆｉｒｏｐｕｌｏｓ Ｖ，Ａｎｇｌｏｓ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｉｎｔｅｄ ａｒｔｗｏｒｋｓ：ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ａｎｄ 『２３］路磊．全固态１ ０６４ ｎｍ／５３２ ｎｍ双波长激光清洗机关键 技术的研究『Ｄ］．长春理工大学，２０１２． ［２４］刘朋飞．大功率全固态激光清洗机的研制［Ｄ］．长春理工 大学．２０１３． 『２５］姜梦华．３ ０００ Ｗ灯泵浦脉冲Ｎｄ：ＹＡＧ固体激光器技术 研究［Ｄ］．北京工业大学，２０１２． ［２６］郑义军，谭荣清，王东雷，等．新型高重复频率脉冲ｃ０ 激光器［Ｊ］．红外与激光工程，２０１３，４２（１０）：２６９７—２７０１． ［２７］吴谨，卢远添，王东蕾，等．１．５ ｋＷ新型长脉冲ＴＥ ｃ０：激 光器［Ｊ］．中国激光，２０１０，３７（７）：１６９７－１７０３． ｅｆｆｅｃｔｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９８，１２７—１２９：７３８— ７４５． ［３４］Ｓｃｈｏｌｔｅｎ Ｊ Ｈ，Ｔｅｕｌｅ Ｊ Ｍ，Ｚａｆｉｒｏｐｕｌｏｓ Ｖ，ｅｔ ａ１．Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｌａｓｅｒ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｏｆ ｐａｉｎｔｅｄ ａｒｔｗｏｒｋｓ ｕｓｉｎｇ ａｃｃｕｒａｔｅ ｂｅａｍ ［２８］罗雅，王璇，赵慧峰，等．激光清洗对２２１９铝合金表面形 貌及焊接性能的影响［Ｊ］．应用激光，２０１７，３７（４）：５４４— ５４９． ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｎ—ｌｉｎｅ ＬＩＢＳ—ｄｅｔｅｃｔｉｏ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｕｌｔｕｒａｌ Ｈｅｒｉｔａｇｅ，２０００，１（１）：２１５—２２０． ［３５］Ｐｏｕｌｉ Ｐ，Ｐａｕｎ Ｉ Ａ，Ｂｏｕｎｏｓ Ｇ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ＵＶ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｖａｒｎｉｓｈ ｒｅｍｏｖａｌ ｉｎ ｔｈｅ ［２９］董世运，宋超群，闫世兴，等．激光清洗预处理对７Ａ５２铝 合金激光焊缝成形质量的影响［Ｊ］．装甲兵工程学院学 报，２０１７，３１（４）：１００—１０５． ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｉｎｔｅｄ ｗｏｒｋｓ ｏｆ ａｒｔ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００８，２５４（２１）：６８７５—６８７９． ·专利摘要· 激光清洗设备 申请公布号：ＣＮ １０７７５５３６２Ａ 申请公布日：２０１８．０３．０６ 一种风电设备外表面顽固污渍清洗剂 及制备和使用方法 申请公布号：ＣＮ１０７７７９２８１Ａ 申请人：北京奥依特科技有限责任公司；青岛万 珐通激光科技有限公司 发明人：梁进智；金越越；封芸；罗光华 摘要：本发明涉及一种激光清洗设备，包括机 架、设置在机架上的工件传送装置、设置在机架上并 申请公布日：２０１８．０３．０９ 申请人：深圳市唯特偶新材料股份有限公司 发明人：孙湘辉；唐欣；舒氧 摘要：一种风电设备外表面顽固污渍清洗剂由 下列重量百分比组份构成：氢氧化钠１．２％、乙二胺 四乙酸１．２％、氮川三乙酸１．２％、异构醇乙氧基化物 且覆盖工件传送装置的一部分的罩壳以及设置在机 架上的激光清洗系统，该激光清洗系统用于对通过 工件传送装置传送的待清洗工件进行激光清洗。根 据本发明的激光清洗设备利用激光对金属表面进行 清洗，清除金属材料表面上的油污、污渍以及锈层， 能够使金属表面光亮如新。实现了对金属材料的再 ３．５％、异己二醇５．８％、水余量。这种风电设备外表 面顽固污渍清洗剂对常年裸露在风沙、盐雾、湿热等 恶劣环境中的风电设备上残留的润滑油脂有极好的 渗透溶垢能力，可较彻底除去污垢，清洗速度快，挥 发速度适中，达到理想的清洗效果。而且无毒无害 成分、无刺激性气味，对人体无伤害，清洗后设备表 面油漆不会受损，不会伤及密封材料，它对大气环境 无污染。是一种野外风电设备维护清洗使用的去污 生回收，大大提高了金属材料的利用率。另外，由于 根据本发明的激光清洗设备未使用任何化学制剂， 因此对周围环境基本没有产生任何影响．所以实现 了金属材料的绿色再生和回收。 清洁能力高、使用成本低、无污染高环保的清洗剂。