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激光清洗技術在軍用裝備研究

2016/7/26

紅外與激光工程軍用裝備的激光清洗技術應用研究侯素霞12,羅積軍徐軍張清華1(1.第二炮兵工程學院,陜西西安710025;2.西安交通大學核能科學與工程系,陜西西安710049)景。在分析激光清洗機理的基礎上,設計了。

中有一臺C2激光器,用于能量輸出;He-Ne激光器一臺,由分光鏡將其光束分為兩部分,一部分用于同光路對準,一部分用于檢測插頭芯的清洗質量;望遠鏡系統一個,用于激光束擴束,以提高工作效率,在望遠鏡系統的輸出端加上光闌,以改善輸出光的模式和光束直徑;同軸吹氣噴嘴一個,用于將霉菌汽化物吹走并保護光學系統不被它污損;固定裝置一個,用于固定激光器和待洗插頭;激光防護眼鏡一個,用于操作人員的安全防護。

能量的選擇要求在不損傷插頭的情況下選擇盡可能大的功率密度以提高清洗效率。根據分析可知,插頭承受激光能量最弱的部位是插頭的絕緣材料,所以激光功率密度必須低于絕緣材料的損傷閾值,同時激光能量必須高于霉菌的清洗閾值。對十插頭座的針眼狀內孔,光束在孔內會產生類似激光鉆孔加工中的光束溝道效應,使反射損失減輕,甚至不損失。在孔內,由于多級反射,光能量被霉菌充分吸收,孔就好像是光束的陷阱,可提高激光清洗效率,又可在保證清洗效果的情況下降低激光能量密度,減少對孔壁和絕緣材料的熱影響。

實驗分析利用該裝置對某部基地的地下坑道軍用控制光纜10根編號后進行清洗實驗,實驗數據見表1.在表1中,清洗效果主要以聲發射儀(型號AESM)實時監測清洗過程的聲發射信號而做出的判斷。其中9號電纜的材料已嚴重老化,導致清洗失敗。其它9根電纜的清洗效果都在良好以上。

激光清洗霉菌過程中,插頭不同部位接受激光輻照的時間不盡相同,并且霉菌的生長情況對各部位的輻照時問也有影響。接受激光輻照時間最長的部位是插頭芯的頭部,由于插頭芯頭部為圓錐狀鋁基材料,對激光能量吸收很少,所以不會對其造成損傷。其次是基部的絕緣材料,為適應電纜的焊接環境,絕緣材料為耐高溫材料(橡膠耐高溫值G>0),用于清除霉菌的瞬時高功率激光不會對其造成損傷,且絕緣材料位于插頭的底部,當霉菌數量較多,輻照時間較長時,由于霉菌的散射和反射作用,絕緣材料接受的激光輻照量不會有明顯的增加。

根據插頭的清潔率對激光器的開關進行精確控制,以減小對基體絕緣材料的熱影響。插頭清潔度的測量可通過插頭芯對He-Ne激光能量的散射情況和激光清洗霉菌時產生的聲信號來測量。激光束的準確垂直對正,由He-Ne激光來完成,同時要求固定裝置相對位置保持恒定,相互垂直度良好,以減少激光對其他部分不必要的熱效應。

討論為確保清洗效果和安全可靠,對選用的C2激光器的功率通過理論估算和反復實驗來加以確定。在設計中著重考慮的問題:能量的選擇,掃描時間的選擇,絕緣材料和霉菌的吸收性能,激光器開關的精確控制,插頭清潔度的測量,激光束的準確垂直對正,這些還需要進一步的研究。激光清洗技術作為一個重要應用領域,與機械、化學等傳統清洗方法相比,具有以下特點:清潔度遠高于化學清洗工藝;適用的基材范圍廣泛;通過調控激光器工藝參數,在不損傷基材表面的基礎上,可以有效去除銹跡,使工件表面復舊如新;激光清洗設備可多次使用,運行成本低。激光清洗在設備維修保養中的應用越來越重要。