CN109175711A - 一种激光清洗小口径内管的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及表面处理领域，具体涉及一种激光清洗小口径内管的装置，由聚焦透镜、反射镜、玻璃护罩、后保护套、前保护套、电动机和气嘴组成激光束经聚焦透镜后，在焦前到达反射镜，然后激光束分别经过透光窗口和清洗口到达小口径钢管的内壁，电动机带动反射镜旋转；钢管的进给方向与未聚焦前的激光束方向相反；激光束的轴线与小口径钢管的中心轴线重合；气嘴通入压缩空气，压缩空气从清洗口排出压缩空气从清洗口的排出方向与激光束经反射镜反射后的反射方向相同。采用本装置的激光器可以无需安装光隔离器，大幅度简化了激光输出模块，有利于使清洗头小型化。

Description

一种激光清洗小口径内管的装置
技术领域
本发明涉及表面处理领域，具体涉及一种激光清洗小口径内管的装置。
背景技术
钢管内壁通常需要进行除锈处理，而小直径钢管内壁的除锈在当前是难题。激光清洗是一种新型的清洗手段，绿色环保，可以有效去除附着在钢管表面的锈蚀层，然而，由于传统激光除锈头的尺寸较大，通常无法对直径小于30cm的管道除锈。申请号为201410421688.0的中国发明专利申请公布了一种环形激光带除锈机，该激光带除锈机通过光学组件将激光束整形成环状，从而实现对管壁的清洗，由于激光清洗需要106GW/cm2以上的功率密度，脉宽需要超过100ns，因此实现该种带状清洗的激光器的功率需要高达数万瓦，目前市场上尚没有此类脉冲激光器出售，此外该专利的除锈头也容易受到粉尘的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光清洗小口径内管的装置，以有效清除附着在小口径管状零件内壁的锈蚀层。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：
一种激光清洗小口径内管的装置，由聚焦透镜、反射镜、玻璃护罩、后保护套、前保护套、电动机和气嘴组成；聚焦透镜和反射镜安装在与小口径钢管同轴的玻璃护罩内，聚焦透镜的焦距为S，聚焦透镜的中心和反射镜的中心之间的距离d能够调整；后保护套和前保护套通过玻璃护罩相连，沿小口径钢管中心轴线对称布置；后保护套的内壁和前保护套的内壁形成透光窗口，后保护套的外壁和前保护套的外壁形成清洗口；后保护套的端部安装有气嘴；电动机安装在前保护套的底座，同时位于玻璃护罩内；反射镜安装在电动机上，反射镜的法线与电动机的主轴夹角α的值为60°～70°；激光束经聚焦透镜后，在焦前到达反射镜，然后激光束分别经过透光窗口和清洗口到达小口径钢管的内壁，电动机带动反射镜旋转；钢管的进给方向与未聚焦前的激光束方向相反；激光束的轴线与小口径钢管的中心轴线重合；气嘴通入压缩空气，压缩空气从清洗口排出，压缩空气从清洗口的排出方向与激光束经反射镜反射后的反射方向相同。
小口径钢管的内径为D，则有d+D/2sinα＝S。
所述的激光束为光纤激光、CO2激光或者YAG激光。
所述的小口径钢管内径范围为10cm～30cm。
所述的玻璃护罩为的材质为K9光学玻璃，能够透过激光束。
所述电动机的转速为800～3000r/min。
本发明具有的有益效果：激光束的轴线与小口径钢管的轴线重合，可以保证小口径钢管内壁表面的清洗效果完全相同；电动机的转动和钢管的进给，可以使钢管内壁表面得到完全清洗；聚焦透镜的中心和反射镜的中心之间的距离可调，可以使本装置适应不同内径钢管内壁的清洗；钢管的进给方向与未聚焦前的激光束方向相反，可以保证清洗后的钢管内壁免受粉尘的二次污染；反射镜的法线与电动机的主轴夹角α的值为60°～70°，可以保证反射光无法反射回激光器，因此采用本装置的激光器可以无需安装光隔离器，大幅度简化了激光输出模块，有利于使清洗头小型化；压缩空气从清洗口的排出方向与激光束经反射镜反射后的反射方向相同，可以保证气嘴喷出的压缩空气将激光清洗形成的粉尘吹离激光光路，提高激光的利用率，此外还可以保护激光光学系统免受粉尘污染。
附图说明
图1是激光清洗小口径内管装置示意图。
图中：1激光束；2聚焦透镜；3反射镜；4玻璃护罩；5后保护套；6前保护套；7电动机；8小口径钢管；9气嘴；10透光窗口；11清洗口；51后保护套的内壁；52后保护套的外壁；61前保护套的内壁；62前保护套的外壁。
具体实施方式
为更好的阐述本发明的实施细节，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本发明的一种激光清洗小口径内管的装置如图1所示，由聚焦透镜2、反射镜3、玻璃护罩4、后保护套5、前保护套6、电动机7和气嘴9组成；聚焦透镜2和反射镜3安装在玻璃护罩4内，聚焦透镜2的焦距为S，聚焦透镜2的中心和反射镜3的中心之间的距离d能够调整；后保护套5和前保护套6通过玻璃护罩4相连，后保护套的内壁51和前保护套的内壁61形成透光窗口10，后保护套的外壁52和前保护套的外壁62形成清洗口11；后保护套5的端部安装有气嘴9；电动机7安装在前保护套6的底座，同时位于玻璃护罩4内；反射镜3安装在电动机7上，反射镜3的法线与电动机7的主轴夹角α的值为60°～70°；激光束1经聚焦透镜2后，在焦前到达反射镜3，然后激光束1分别经过透光窗口10和清洗口11到达小口径钢管8的内壁，电动机7带动反射镜3高速旋转；钢管的进给方向与未聚焦前的激光束1方向相反；激光束1的轴线与小口径钢管8的轴线重合；气嘴9通入压缩空气，压缩空气从清洗口11排出，压缩空气从清洗口11的排出方向与激光束1经反射镜3反射后的反射方向相同；小口径钢管的内径为D，则有d+D/2sinα＝S。
实施实例一：
本实例中，小口径钢管8的内径为30cm，锈蚀层厚度为20μm；激光器为光纤脉冲激光器，激光器单脉冲能量为1mJ，频率为100KHZ，所发出的脉冲激光束1脉宽为100ns，聚焦透镜2的焦距是30cm，聚焦透镜2的中心与反射镜3的中心之间的距离为12.7cm，反射镜3的法线与电动机7的主轴夹角α的值为60°，脉冲激光束1经聚焦透镜2聚焦和反射镜3反射后，到达小口径钢管8的内壁时光斑直径为50μm。具体实施步骤如下：
在气嘴9通入压缩空气，压力为4MPa；电动机7以900r/min的速度转动；打开激光器；小口径钢管8以4.5cm/min的速度进给，经检测，小口径钢管内壁表层铁氧体的质量百分含量由72.8％下降到1.1％，除锈效果良好。
实施实例二
本实例中，小口径钢管8的内径为10cm，锈蚀层厚度为15μm；激光器为光纤脉冲激光器，激光器单脉冲能量为1mJ，频率为100KHZ，所发出的脉冲激光束1脉宽为100ns，聚焦透镜2的焦距是30cm，聚焦透镜2的中心与反射镜3的中心之间的距离为24.7cm，反射镜3的法线与电动机7的主轴夹角α的值为70°，脉冲激光束1经聚焦透镜2聚焦和反射镜3反射后，到达小口径钢管8的内壁时光斑直径为50μm。具体实施步骤如下：
在气嘴9通入压缩空气，压力为4MPa；电动机7以1800r/min的速度转动；打开激光器；小口径钢管8以9cm/min的速度进给，经检测，小口径钢管内壁表层铁氧体的质量百分含量由81.8％下降到1.2％，的除锈效果良好。

Claims (6)

1.一种激光清洗小口径内管的装置，其特征在于，所述装置由聚焦透镜、反射镜、玻璃护罩、后保护套、前保护套、电动机和气嘴组成；聚焦透镜和反射镜安装在与小口径钢管同轴的玻璃护罩内，聚焦透镜的焦距为S，聚焦透镜的中心和反射镜的中心之间的距离d能够调整；后保护套和前保护套通过玻璃护罩相连，沿小口径钢管中心轴线对称布置；后保护套的内壁和前保护套的内壁形成透光窗口，后保护套的外壁和前保护套的外壁形成清洗口；后保护套的端部安装有气嘴；电动机安装在前保护套的底座，同时位于玻璃护罩内；反射镜安装在电动机上，反射镜的法线与电动机的主轴夹角α的值为60°～70°；激光束经聚焦透镜后，在焦前到达反射镜，然后激光束分别经过透光窗口和清洗口到达小口径钢管的内壁，电动机带动反射镜旋转；钢管的进给方向与未聚焦前的激光束方向相反；激光束的轴线与小口径钢管的中心轴线重合；气嘴通入压缩空气，压缩空气从清洗口排出，压缩空气从清洗口的排出方向与激光束经反射镜反射后的反射方向相同。
2.如权利要求1所述的一种激光清洗小口径内管的装置，其特征在于，小口径钢管的内径为D，则有d+D/2sinα＝S；d为聚焦透镜的中心和反射镜的中心之间的距离；α为反射镜的法线与电动机的主轴夹角；S为聚焦透镜的焦距。
3.如权利要求1所述的一种激光清洗小口径内管的装置，其特征在于，所述的激光束为光纤激光、CO2激光或者YAG激光。
4.如权利要求1所述的一种激光清洗小口径内管的装置，其特征在于，所述的小口径钢管内径范围为10cm～30cm。
5.如权利要求1所述的一种激光清洗小口径内管的装置，其特征在于，所述的玻璃护罩为的材质为K9光学玻璃，能够透过激光束。
6.如权利要求1所述的一种激光清洗小口径内管的装置，其特征在于，所述电动机的转速为800～3000r/min。
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