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高端访谈

南开大学宋峰:激光清洗大规模应用只是时间问题

来源:激光制造商情2021-01-26 我要评论(0 )   

南开大学 宋峰教授1. 宋教授,您是国内较早进入激光清洗研究的学者,您是如何关注、并进入到这个领域的?答:我从学习到后来做科研工作,一直是在激光专业领域。对激光...

南开大学  宋峰教授

 

1. 宋教授,您是国内较早进入激光清洗研究的学者,您是如何关注、并进入到这个领域的?

答:我从学习到后来做科研工作,一直是在激光专业领域。对激光的基本原理,光和物质的相互作用,一直有研究、关注。我当时教授一门研究生的课,让学生查阅激光资料,发现除了常规的打孔、切割、焊接等,还有激光清洗的资料,在了解后,发现这是一个很有前景的方向,从那时开始我就有意识地进入这方面的研究。

 

2. 国内的激光清洗研究,是一个怎么样发展历程?

答:大约在2000年前后,国内就有一些研究机构包括高校在做激光清洗的研究工作。我们团队关注了一下,但是没有形成系统性的专业研究,也没有很深入。

后来逐渐吸引了更多研究人员进入激光清洗这个方向,我也是其中的一份子,之后我一直坚持在这个方向的研究投入。直到五六年前,随着国家对环保的重视,以及激光器价格的下降,激光清洗工业应用越来越多地受到业界的关注。此外,近几年高功率脉冲光纤激光器的出现也极大地推动了激光清洗设备的发展。

 

3. 从2016年,光纤激光清洗逐步推广,激光清洗才真正得到大众关注,为什么会有这么漫长的过程?

答:任何一个技术,从实验室出来到变成产品,再到终端用户的使用认可,都需要一个较长的过程。比如我们常见的白炽灯、日光灯、LED灯,从实验室成果到进入千家万户,是一个很长的技术应用过程。再比如电脑,最初出现于1946年,是比房子还大的庞大机器,到今天运算能力过剩的微型计算机进入千家万户,也是漫长的过程。

因此,激光清洗作为一种新兴的工艺技术,也不会例外。未来激光清洗从小功率到高功率,应用到不同行业工序上,也是需要一个接受过程的。

要助推激光清洗推广应用,主要从两方面着力:一方面,设备成本要足够低,让用户可以买得起,用户使用激光清洗能得到更多的利润。另一方面,是人的思想观念的改变。人们习惯了某一种工艺,某一个固定形式的产线,是不容易改变的。因此要推广宣讲,要改变他们想法,即使一项新技术、新的设备是非常好用,市场也不一定马上能接受。

 

4. 激光清洗对材料表面作用,应对各种类型的材料,还有很多研究可以做,下一步发展激光清洗,重点要做哪些方面的工艺研究?

答:从机理角度来说,激光清洗确实是个复杂的事情。现在市面上有很多类型激光清洗机,包括光纤激光、固态激光,也有CO2气体激光的,可以用于去除油漆、除锈、清洗油污等。清洗的基材有金属、合金以及、热固或热塑性塑料等,看着过程很简单,激光一过就扫掉。但其深层次的机理是相当复杂的。光与物质的相互作用,物质不一样,光子与物质分子之间的作用就不一样。

当前激光与物质之间清洗机理常见有两类:一类是烧蚀性,利用温度上升,把污染物烧蚀掉;另一类就是通过应力的作用,通过受热温度不均匀产生应力,这个应力足够大,大于污染物与基材之间的吸附力,然后实现清洗。这个过程是从光能量,变为热能,热能转为内能,内能使温度产生变化,才产生力的作用。

同样功率、参数设定的激光清洗,比如在铝合金表面的应用,不一定也适用于铁基底,所以必须加强研究。

一方面,我们要在应用中多积累数据,也要多研究作用机体,如何更高效实现清洗目的。另一方面,激光清洗要实现规模、产业化应用,高效率是一个非常重要的指标,必须要在如果进一步提高清洗效率上下功夫。

 

5. 欧美也很早就有做激光清洗,目前我国的研究技术、产业化和他们比有没有差距?

答:欧美在激光清洗研究比我们早很多,研究成果产业化应用也比我们成熟。欧美国家的激光器很早就用来做清洗应用。美国在航空航天、造船、军工等已经大量使用,德国、法国、荷兰等国家也陆续使用清洗工艺,也有专业做激光清洗的公司。

中国的激光清洗最开始的发展,是从个别中国公司代理欧美的清洗产品在国内销售开始的,当时价格极其昂贵。这也激发了国内激光公司希望进入激光清洗行列将其国产化的决心。比较突出的应用是在难度较大的文物清洗上,意大利、法国、希腊等做得非常好,美国用在航空器脱漆较多,包括波音公司的飞机或其他军用飞机的维护,经研究发现激光脱漆比传统的化学、喷砂效果更好。目前我国已经有一些企业做激光清洗设备,但是在工艺探索以及设备应用开发上仍然落后于欧美国家,未来有必要加强研发投入,真正做出世界一流的激光清洗设备。

 

6. 未来激光清洗最可能、应用量较大的行业领域,会有哪一些?

答:激光清洗容易应用在一些大幅面、平面工件上,所以应用量较大的行业很多,比如造船业、海工装备。我国是世界造船大国,船身使用大量的钢板,常常会产生锈蚀,目前主要是通过酸洗和喷砂处理,这两种方式对环境污染比较大。在轮船、军舰航行一定时间后,需要进行船身维护,要把上面水生附着物、油漆脱掉,然后上新漆。这未来会是激光清洗应用较大的领域。

第二,我国是个铁路发展大国,从普通铁路到高铁,铁路钢轨经常遇到露天、潮湿环境,生锈是很常见的,要实现这种大规模、快速的锈迹清洗,激光是一个很好的选择,也是一个可以大规模应用的领域。

另外包括航空航天领域、采用模具生产的领域以及电力、能源产业等,都将有激光清洗的大量应用场景。


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