激光清洗的工作原理是什么？

激光清洗本质上是一种非接触式、非磨损性工艺，它利用高强度光束去除物体表面的污染物。这就像使用一种高度聚焦且可控的“光束枪”，在不损伤基材的情况下汽化不需要的物质。

该过程可分解为三个关键科学原理：

1. 基本原理：选择性光热吸收

这是最重要的概念。不同的材料吸收光能（光子）的速率不同。激光清洗正是利用了这一特性：

• 这种污染物（例如铁锈、油漆、油污、氧化物）的设计使其在激光的特定波长下具有很高的吸收率。它的作用就像“晴天里的深色衬衫”，能够有效地吸收激光能量并迅速升温。

• 基材（例如，底层金属、石材、复合材料）的选择需使其在该波长下具有低吸收率（高反射率）。它就像一件“白衬衫”，能够反射大部分能量并保持相对较低的温度。

这种选择性吸收是实现自限性过程的关键。激光去除污染物后，一旦到达洁净的基材表面就会自动停止。

2. 清洗机制：快速汽化和等离子体膨胀

当脉冲激光束照射到物体表面时，能量转移会在极短的时间内（纳秒或皮秒）发生。以下是其逐步机制：

1. 能量吸收：污染物层迅速吸收强烈的激光能量。

2. 瞬间加热：这种吸收的能量使污染物每秒升温数百万度，远远快于热量散发到底层材料的速度。

3. 汽化和烧蚀：极高的温度导致污染物瞬间从固体直接转化为气体（这一过程称为升华），或者从表面猛烈喷射出来（这一过程称为烧蚀）。

4. 等离子体形成与冲击波：对于纳秒激光器，汽化物质可以形成短暂而微小的等离子体羽流。这种等离子体迅速膨胀，产生二次冲击波，有助于清除任何残留的松散颗粒。

5. 污染物去除：汽化的气体和喷射出的颗粒物会被集成的真空/烟雾抽取系统立即捕获并安全过滤掉。

激光清洗的两种主要类型

虽然核心原理相同，但该技术可以通过两种主要方式实现：

脉冲激光器是目前工业激光清洗中最常用、用途最广泛的激光器类型。

逐步操作流程

1. 设置：操作员根据特定的污染物和基材选择合适的参数（功率、脉冲频率、扫描速度）。

2. 瞄准：将激光清洗手柄或机械臂对准污染区域。

3. 发射：激光器向表面发射光脉冲。

4. 相互作用：污染物吸收能量，汽化，然后被排出。

5. 抽吸：内置于手柄或系统中的烟雾抽吸臂可立即吸走喷射出的颗粒物。

6. 检查：表面洁净无损。可重复此过程，直至达到所需的清洁度。

该流程的主要优势

• 非磨蚀性：没有介质（如沙子或化学品）接触表面，从而消除磨损、嵌入和二次浪费。

• 环保：该技术不使用任何化学品或研磨介质，因此属于“绿色”技术。唯一的废弃物是收集到的污染物粉尘。

• 高度精确：可清洁特定区域（例如焊缝周围或精细雕刻处），而不会影响周围材料。

• 对基材温和：当参数设置正确时，它能完美地保护基材，这与粗暴的机械方法截然不同。

总而言之，激光清洗的工作原理是利用选择性吸收原理，在热量损伤基材之前，用强脉冲光将污染物汽化。这项精准、高效且环保的技术正在革新工业清洗和修复领域。