专利名称:清除金属表面污物，特别是锈蚀的方法
本发明是借助于激光照射使污物汽化来清除金属表面的污物，特别是除去氧化物，除锈蚀的方法。
借助于激光照射汽化锈蚀来进行钢表面的除锈，如可以从DE-OS2943107中得知，基本上是可行的，也就是说，不汽化钢，而只是通过改变钢表面金相组织来破坏锈蚀层。当锈蚀被汽化后，激光束部分地被钢表面所反射。另一部分照射在钢表面上的激光，则将变成热在钢里被相当快地向各方面传导走。因此，如在一个很局限的部位，短时间输送大的能量并不会导致过大的温升，所以是可以接受的。在用机械的方法除掉比较疏松的锈蚀之后，汽化残留锈层所需的激光照射强度和持续时间的调节应留有一定的余量，在使钢的性能受到保护的状况下保持不变。
本发明的基本任务是，用激光照射来汽化污物，要快速，尽可能减少损失，安全可靠地完成钢材及金属的除锈清理工作。本发明的任务是这样实现的，由暴露的金属表面上的激光束的反射来控制激光照射。
为此，对沿着金属表面的激光照射的进给尽可能进行自动控制，以及对激光照射强度进行自动控制都具有特殊的意义。
当金属表面，例如8×8或10×10mm被照射的部位完全暴露时，它反射的光束部分地被一台光束探测器所检测，并在一台适当的控制设备中，作为照射点向下一个照射部位进给的阈值进行处理。能量过多一方面是个损失，而另一方面，也可能破坏金属的金相组织，这只会在照射点上出现，倘使其它部分仍然被锈蚀或其它污物层盖住的话，这种能量过大，还可以通过缩小照射点来减少，根据本发明的控制器可以使照射点的缩小，在实现非迟缓，快速的自动进给之前完成，缩小的照射点也节省照射时间，因为此时不大有需长时间照射的部位了。
照射强度的控制根据以下情况来考虑。
金属和污物之间的性能差异是这样的，对带有特别顽固的污物部分进行时间短，强度大的照射比较好，或者考虑到具体金属，降低照射强度比较好，尽管这样做会使照射时间变长，但根据污物的各种类型对照射强度进行最佳调整也是可能的。例如，当各种不同的污物分布在待清理的金属表面上并且有时会出现部分污物重叠现象，一种污物可能比另一种污物较快地被除去，如果照射点上的金属表面显示出某种反射的话，我们可以在一种污物除去之后，从对这种材料较为合适的照射强度调整到对另一种材料比较合适的照射强度。
对照射强度的持续控制，甚至短时间切断激光束，通常还可以用这种方式省去一个进给控制，即在通过控制照射强度使进给保持不变的情况下，照射量会适应已用激光照射过的部位的要求。
根据上述说明，根据本发明的一种实施方法，其设备具有一个激光照射装置，这个激光照射装置具有一个由激光束经金属表面的反射来进行控制的进给装置和(或)照射强度控制装置和(或)其它装置。
另一个由激光束经暴露的金属表面的反射来进行控制的设备作为进给设备和强度控制设备，在用于处理例如小工件或象照射点那样大小的面积时，它可以是一台单纯的用来最终切断的装置。也可考虑这样一种设备，例如，这种设备在照射点均衡进给的情况下，记录和贮存污物的剩余部分情况，用同一台照射设备或另一台照射设备对该部分进行的第二次照射时，只照射有上述残余污物的部位，此外，还可以这样来考虑对反射的光束的图象利用，即在照射一个基面之后，如已说明的那样，在照射一个正方块之后，激光束被更强烈地聚束，只提供一个相当小的，例如园形的照射点，然后将这个照射点专门引向在原先的照射点之内尚存的污物部位上。
还有其它许多由自身的反射来控制激光照射的变通用途可以考虑。
测定反射可有各种不同的方法。
激光束可以通过最好与它成40°～50°夹角的，对它来说至少是容易透射照射光束的小镜子引导的，在它的照射方向上接有一个激光束检测器，镜子反射了由金属表面反射的光束的可供利用的部分，这就是说，它与有多少剩余透射部分无关。它也可以是一面最好是窄的在一个由激光束引导的环形轨道上运动的反射光束的镜子，在轨道上或在镜子的反射方向上设一个激光束探测器。这两种方案可以使激光束垂直地对准金属表面。
人们也可以使激光束斜对金属表面并在金属表面的反射方向上设一个激光束探测器。
也可以考虑以反射的光束的方向偏转来代替反射，这是通过一个超声波发射器实现的，这个超声波发射器设置在相对于瞄准金属表面的激光束，以及反射光束的这样一个位置上，即这个超声波发射器通过激光光程的大气密度的变化将一部分反射的光束引导到一个激光束探测器上。
为了确保以上述方式或另一种其他方式对金属表面所反射的激光光束进行的测量具有足够的精度，可以设置一个照射点的惰性保护气体或还原保护气体的输送装置，它同时又作为一个吹洗装置。
附图表示本发明的实施例子，也就是一台管子除锈设备。
图1是该设备的激光发射装置的方块图;
图2这种设备的机械装置，管子端视图;
图3是图2中喷咀部分的放大比例的轴向剖面图。
由一台激光发射器21发出的激光束在一臂状弯道22中由激光发射器出发向下折射，它通过喷咀7直接从例如直径为20厘米的一根待除锈的管子24的表面出来。管子24横放在滚轮架25上，滚轮架连续地这样转动和推进管子，即使激光束的焦点一点不漏地扫过在一个管子表面的螺旋形轨道，例如，焦点直径5毫米，除锈之管子每转一次，轴向推进5毫米。
这种滚轮架就是众所周知的用于超声波或其它手段检查管子的那种滚轮架。
滚轮架由一些各自带有一对支承轮26和27的支架28组成，支架是相隔一定距离相互对准排列。管子24位于支承轴26和27之间，至少支架28的一部分配有一只压紧轮29，它位于支承轮26和27之间，从上面紧贴在管子上。
在支承轮和(或)压紧轮26、27、29中的一部分配有一个在图上未标出的一般类型的转动机构。至少滚轮架上的这些被驱动的滚轮为产生管子的轴向进给运动而与管子轴线倾斜，这就是说，滚轮轴线在与管子的接触点之中的切面30之内扭转了一个小的角度。为说明支承轮26和27以及压紧轮29，夸大画出图2中的倾斜的位置。
被驱动的滚轮表面可以有一层具有比管子表面磨擦系数要大的涂层，以使管子的传动可靠实现。倘若为方便起见不设置滚轮，或未给出精确的角度位置，则管子在其上沿轴向略有滑动。
为保证焦点一处不漏地扫过管子表面，也可设置一个强制导向装置，为防止通过被驱动的滚轮所产生的轴向进给会测算过大，在管子上安装一个机械夹持装置，它与管子同时转动，不断地提供精确地测得的进给，并且一方面，丝杠沿轴向被夹紧在管子上，另一方面，通过一个固定的螺母转动，使其螺距等于管子表面上焦点的螺旋形轨道的规定的螺距。
图2表示了被称为激光器1的各种装置。激光器31在上述例子中应是一台带有13.5或者27兆赫的高重复率的25千瓦功率的二氧化碳激光器。激光器发射例如直径50mm的激光束9。该激光束在臂状弯道22中通过一个反射镜向下折，在开口部分7上通过一个透镜8(图3)聚焦为已提及的直径为5毫米的焦点，这样，在管子24的除锈表面11上的照射强度为107瓦/厘米2。
从暴露的金属表面上返回的激光，通过一只回转的反射器32从激光束9的横截面处分开并被引向探测器33。
回转的反射器32，例如由一根2毫米的铜棒组成，它在一个截割激光束9的环形轨道上高速回转，这类装置有各种不同结构是众所周知的。
探测器33例如是一个专家们称之为MOlectron公司生产的P3型(Molectron P3)结构的热积电探测器。
它的信号通过电源设备中的一只信号放大和处理器34后，供激发和控制激光光束用。
机构32～35是这样设置的，一旦反射回的激光达到在焦点上产生完全暴露的金属表面的强度时，激光器31退到一个低强度或完全切断，而一旦反射回的激光强度又重新降到阈值时，激光器又接到连续的全功率上。
激光器的这种强度控制在几秒钟内完成。与此相比，焦点在管子表面上的进给是慢的，管子转动的圆周速度，在上述例子中为每分钟40～50米或更高。
直径5毫米的焦点值，是考虑到锈蚀结构这样选择的。典型的锈蚀的直径为1～5毫米。
在如同这个例子的通常情况下，由于一方面要达到尽可能高的功率，另一方面又要保护材料，所选的107瓦/厘米2强度值似乎很合适，一般也可考虑106～108瓦/厘米2。
不言而喻，上述数据不可能适用于每一种除锈和清理任务。它们仅提供为获得适当的实施进行通常试验的依据。
图3进一步详细地展示这种设备的机械结构，它展示装在臂状弯道22的端部的喷咀7的轴向剖面。
喷咀7上有聚焦用的，前面提及的透镜8，这样，激光束通过喷咀的锥形出口10之后，在管子的除锈表面11上有所希望的焦点。惰性气体输送管12和吸气管13穿过喷咀7，前者在喷咀内与喷咀合成一体，后者的入口在远离喷咀的外侧，位于包围喷咀的一风箱组成的罩子14的后端。罩14如15所示，可以在前面用加强筋固定。在具体情况下，它被固定在棒形，用于保持距离的支撑架16上，支撑架16位于(喷咀7旁的)支承横档17中，是可以调节的，并通过在除锈表面上带滑动脚36的设备把喷咀7，包括罩子14，保持在离除锈表面所需的距离上。
通过采用一面摆动镜，可使激光束来回摆动，也就是使焦点在清理表面上走一个锯齿形成弯曲形的轨道。这个方案特别适用于清理象船舱壁那样的大面积钢板。
权利要求
1、一种借助激光照射使污物汽化，从而将金属表面的污物，特别是铁和钢表面的污物，氧化物，铁锈除去的方法，其特征是
由暴露的金属表面的激光束的反射来控制激光照射。
2、根据权利要求
1所述的方法，其特征是
用上述方法控制激光束沿着金属表面的移动(进给)。
3、根据权利要求
1和2所述的方法，其特征是用上述方法控制激光束的强度。
4、根据权利要求
1～3实施方法的装置，其特征是，它包括
一种通过金属表面(11)的激光束的反射来控制进给装置和(或)强度控制装置(33、34、35)和(或)其它装置的激光照射装置。
5、根据权利要求
4所述的装置，其特征是
激光束是通过一块最好与它成40°-50°夹角并对它来说至少是反射光束可透射的镜子来引导，在其反射方向上设有一个激光束探测器。
6、根据权利要求
4所述的装置，其特征是
一块最好是窄的用于光束反射的镜子(32)，并在一个最好是环形的通过激光束引导的轨道上移动，在镜子(32)的反射方向上设有一个激光探测器(33)。
7、根据权利要求
4所述的装置，其特征是
激光束斜对着金属表面，在金属表面的入射方向上设有一个激光束探测器。
8、根据权利要求
4所述的装置，其特征是
一个超声波辐射器设置在相对于对准金属表面的激光束和反射的光束的位置上，即是，使超声波辐射器通过激光行程中的大气密度的变化，把反射光束的一部分引向一个激光束探测器。
9、根据权利要求
4～8所述的一种装置，其特征是设置了一个惰性或还原性的保护气体的输送装置(12)作为吹洗装置。
专利摘要
清除金属表面的污物，特别是锈蚀的方法。借助于激光(9)照射，使锈蚀或其它污物汽化，从而清除金属表面(11)的锈蚀或其它污物，激光束照射在金属表面上，利用其反射加以控制。
文档编号H01S3/101GK85103734SQ85103734
公开日1986年11月19日 申请日期1985年5月17日
发明者厄芬德伊斯特·格利克·安梅尔德 申请人:罗伯特·兰根导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan