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Applications 应用天地

激光清洗
利用光纤激光器清除铁轨表面的锈蚀层

文/IPG Photonics 高级应用工程师 颜业志

近 年来，随着环保要求的提高和人们的环保意识 表1：激光器光源信息 IPG YLPN-10mJ-200W
IPG YLPN-100mJ-1000W
不断增强，也给世界范围内的清洗业带来了新
的发展机遇，各种有利于环境保护的清洗技术 波长 1064 nm 波长 1064nm
平均功率• 1000W 平均功率 200W
应运而生，激光清洗技术就是其中之一。 2
光束质量 ＜36mm·mrad 光束质量 M ＜2
相比于传统的机械清洗、化学腐蚀清洗、高频超声清
光纤最小直径 600µm*600µm 输出光斑 6~9mm
洗等传统清洗方法，激光清洗具有高效、快捷、成本低、 脉冲周期 100ns 脉冲周期 100ns
对工件的热负荷和机械负荷小、非接触非损伤等优势，并 最大脉冲能量 100mJ 最大脉冲能量 10mJ
且激光清洗的废物可回收，保障环境和操作人员健康安全。 重复频率 10kHz 重复频率 200kHz
扫描速度 6000mm/s 扫描速度 9000mm/s
激光清洗能够清除各种不同厚度、不同成份的涂层，甚至
清洗效果 OK 清洗效果 OK
可以清洗传统清洗方式无法解决的难题。另外，激光清洁
过程易于实现自动化控制以及远距离遥控等。 除锈非常必要。
激光清洗的原理，是利用高能激光与被清洗工件表面 本案例中，采用实验的方法测试了和评估了使用两款
物质的相互作用，被清洗的物质在高能激光的作用下，瞬 光纤激光器进行铁轨锈蚀层清洗的清洗效果和清洗效率。
间气化或者受热膨胀从基底脱落，从而达到工件清洁净化 （1）清洗系统配置
工艺的目的。 实验将测试和评估 IPG 的 YLPN-100-30*100-10-1000
清洗所使用的功率，从十瓦到几千瓦不等，具体功率 和 YLPN-10-30*400-20-200 这两款光纤激光器（详细参数
的选择根据清洗目标而定。激光可以清洗工件上的各种污 见表 1）对于铁轨锈蚀层的清洗效果。激光器均工作在脉
垢，如除油污、除锈、除漆、除氧化层以及各种涂层等。 冲模式下，配备 IPG 中功率扫描振镜，在不同的扫描方法
其中激光除锈已经是一种常见应用。下面介绍激光铁轨除 和工艺参数下，搭载
锈的案例。 数控平台或机械手，
满足不同的表面清洗
铁轨除锈案例 要求。实验系统具体
铁轨由于常年暴露在空气中，加上风吹日晒雨雪寒 实物图如图 1 所示。
霜，表面很容易生锈。为了不影响列车的安全运行，铁轨 铁轨表面上的
锈蚀层，实际上包含
两层，一层是氧化皮
表层的三氧化二铁
图2：铁轨氧化皮表层的三氧化二铁（Fe 2 O 3 ）
（Fe 2 O 3 ）黄色锈层，黄色锈层和更深层的黑色锈层（右图）。
另一层是更深层的黑色锈层，实物如图 2 所示。
（2）清洗参数选择与清洗效果
首先使用 YLPN-100-30*100-10-1000 激光器进行清洗
实验。实验中选择的具体清洗参数配置如表 2 所示。
图1：激光清洗铁轨锈蚀层的实验系统。 实验结果显示，YLPN-100-30*100-10-1000 激光器仅

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