激光清洗在船舶建造修理中的應(yīng)用

袁華風(fēng) ，劉 鶴 ，鐘良省 ，梁煥軍

（1.招商局重工（深圳）有限公司，深圳 518000；2.深圳匯澤激光公司，深圳 518000）

1 前言

船舶除銹清洗是船舶建造與修理的重要環(huán)節(jié)，是船舶涂裝施工的第一步驟。根據(jù)資料表明，在對(duì)涂層質(zhì)量的影響因素中，除銹除漆質(zhì)量的比重高達(dá)近50%，遠(yuǎn)超過涂裝工藝條件、涂層厚度及涂料種類的占比。傳統(tǒng)的打砂噴砂除銹工藝對(duì)空氣和水體造成嚴(yán)重污染（圖1）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，干氣噴砂工作環(huán)境中的粉塵含量可達(dá)650 mg/m3，除銹工人容易得矽肺病和眼疾，嚴(yán)重危害工人的身心健康。

目前，世界上大部分發(fā)達(dá)國家己經(jīng)禁止在敞開環(huán)境下使用干氣噴砂除銹。我國正在積極構(gòu)建以人為本的和諧社會(huì)，對(duì)嚴(yán)重污染環(huán)境型企業(yè)加大了整治力度，隨著國家環(huán)保法的出臺(tái)，絕大部分地區(qū)將禁止再使用打砂除銹。為推動(dòng)我國船舶行業(yè)向高端發(fā)展，各種有利于環(huán)境保護(hù)的清洗技術(shù)在船廠的應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生，激光清洗技術(shù)[2]就是其中之一。

激光清洗技術(shù)是一種新的工業(yè)清洗技術(shù),是指利用高能激光束照射工件表面（圖2），使工件表面的污物、銹斑或涂層發(fā)生瞬間蒸發(fā)或剝離，高速有效地清除清潔對(duì)象表面附著物或表面涂層，從而達(dá)到潔凈的工藝過程[1]（圖3）。由于激光與被清潔表面無接觸,不僅能高速有效地去除表面無機(jī)和有機(jī)的污染物,而且不會(huì)損傷被清潔表面的性能，不產(chǎn)生有毒氣體和噪音,對(duì)人體和環(huán)境無害，具有效率高、機(jī)動(dòng)靈活、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。激光清洗技術(shù)對(duì)于目前處在環(huán)保高壓態(tài)勢(shì)下的現(xiàn)代修造船業(yè)來說，無疑是一個(gè)相當(dāng)有效的解決方案。船廠應(yīng)利用這次機(jī)會(huì)積極響應(yīng)國家十三五規(guī)劃，以產(chǎn)學(xué)研用形式與激光研發(fā)單位合作，提升產(chǎn)業(yè)形態(tài)，將自己打造成為綠色修造船的典范，提升企業(yè)競(jìng)爭力。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

激光清洗技術(shù)在修造船行業(yè)的應(yīng)用[3]目前還處于研發(fā)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段，尚未真正應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，相對(duì)于利用激光清洗的其他行業(yè)來說起步較晚，這與船廠自身的行業(yè)特點(diǎn)不無關(guān)系。船廠作為勞動(dòng)密集型重工行業(yè)的代表，利潤率相對(duì)較低，而且船廠粗放式的人工清洗作業(yè)已經(jīng)規(guī)模化，對(duì)于各種油污、銹、氧化物以及油漆和生產(chǎn)殘?jiān)任畚锏奶幚砭軌蛲ㄟ^機(jī)械清洗或化學(xué)清洗等非環(huán)保性的方法來實(shí)現(xiàn)，船廠出于階段性自身生存發(fā)展的需要，自然不會(huì)花大成本去投入目前價(jià)格相對(duì)昂貴的激光清洗設(shè)備（目前一臺(tái)1 000 W 激光清洗設(shè)備售價(jià)約為人民幣350 萬元）。同時(shí)由于激光研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)船廠的生產(chǎn)狀況關(guān)注和了解甚少，以及船廠生產(chǎn)基材的表面清洗污物構(gòu)成復(fù)雜多樣性[4]，給激光研發(fā)單位帶來研發(fā)成本和時(shí)間周期增加等難題，從而導(dǎo)致其更趨向于將應(yīng)用研發(fā)轉(zhuǎn)向附加值更高、激光清洗條件更優(yōu)越的行業(yè)。

隨著國家更嚴(yán)格環(huán)保法的出臺(tái)和對(duì)空氣污染和水污染禁令的日趨迫近，以及國家對(duì)企業(yè)工業(yè)技術(shù)改造及企業(yè)間產(chǎn)學(xué)研合作的大力政策支持和資金扶持，近年來船廠和激光研發(fā)企業(yè)的合作開始緊密起來，相關(guān)的研發(fā)和實(shí)驗(yàn)逐步推進(jìn)，部分清洗試驗(yàn)已經(jīng)取得階段性成果。例如圖3～圖5 所示為在某船廠使用500 W 激光器進(jìn)行的主機(jī)活塞缸套積碳清除實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)達(dá)到預(yù)期的清洗效果。據(jù)了解，因?yàn)樵撝鳈C(jī)活塞缸套具有嚴(yán)格的公差匹配要求，不能夠進(jìn)行機(jī)械打磨，而手工清洗效率又很低。使用激光清洗進(jìn)行試驗(yàn)后，不僅表面清洗效果滿足要求，而且效率大大提高。為了滿足船廠的實(shí)際需求，激光研發(fā)單位將各種清洗界面進(jìn)行集成，使激光設(shè)備利用效率最大化，使用者只需手動(dòng)觸摸點(diǎn)擊界面即可選擇功能并進(jìn)行清洗作業(yè)，操作相當(dāng)方便（圖6）。

3 經(jīng)濟(jì)效益與前景

激光清洗作為一項(xiàng)先進(jìn)新技術(shù)，在修造船業(yè)的效益與船廠目前的清洗作業(yè)的效益，可以通過表1 進(jìn)行對(duì)比。

表1 激光清洗與人工清洗的對(duì)比

從表1 可以看出，激光清洗的成本比人工清洗的成本具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，而且節(jié)能環(huán)保。據(jù)統(tǒng)計(jì)，南方某修造船廠修船業(yè)務(wù)為每年200～300 艘，總的除銹清洗面積達(dá)3 000 000 m2，每天的鋼板預(yù)處理量約4 000 m2，這意味著激光清洗技術(shù)在修造船廠應(yīng)用市場(chǎng)中將大有可為。未來幾年，隨著激光清洗技術(shù)的不斷成熟，設(shè)備采購成本和維護(hù)成本將不斷降低，清洗效率將大大提高，激光清洗技術(shù)在船廠的應(yīng)用將會(huì)得到快速的發(fā)展。

4 結(jié)束語

激光清洗技術(shù)近幾年來快速發(fā)展，不論在激光清洗工藝參數(shù)、清洗機(jī)理、清洗對(duì)象的研究方面，都取得了很大的進(jìn)展和可喜的成果。目前由于激光器及其配套硬件的費(fèi)用較高，使激光清洗技術(shù)的應(yīng)用在修造船廠進(jìn)展緩慢。但隨著新環(huán)保法的出臺(tái)和國家對(duì)該技術(shù)在政策和資金方面的大力扶持，以及激光器及其硬件的成本不斷下降，該項(xiàng)技術(shù)在修造船行業(yè)中廣泛應(yīng)用也將成為現(xiàn)實(shí)，其應(yīng)用范圍也會(huì)不斷拓寬，最終替代傳統(tǒng)清洗工藝，為環(huán)境保護(hù)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。