一种基于熔盐预清洗的电力设备关键钢构件混合污渍激光清洗的方法

本发明涉及金属表面处理，具体涉及一种基于熔盐预清洗的电力设备关键钢构件混合污渍激光清洗的方法。

背景技术：

1、随着电网设备的不断更新换代，大量旧有的关键钢构件被替换下来。出于环保和经济效益的考虑，回收这些关键钢构件进行再利用成为了一种趋势。然而，回收的钢构件表面往往附着有各种混合污渍，如油污、锈斑、尘土等，这些污渍不仅影响钢构件的外观，还可能影响其在再利用过程中的性能。

2、传统的清洗方法，如机械清洗和化学清洗，虽然能够去除部分污渍，但存在清洗不彻底、易损伤钢构件表面、污染环境以及成本较高等问题。尤其是考虑到回收钢构件的经济价值，需要一种既能有效清洗又能控制成本的清洗方法。近年来，激光清洗技术因其高效、环保、无损伤等优点逐渐受到关注。

3、然而，对于电力设备关键钢构件的混合污渍，单一的激光清洗往往难以达到理想的清洗效果，且成本相对较高。一方面，是由于许多电力设备长期服役于野外环境，直接暴露于自然环境中，与长期在室内工作的机器不同，其表面污渍除了锈迹和腐蚀外，还包括剩余的镀锌层、防腐油漆、粘结积灰、树木花粉等脂性物质，污渍成分较为复杂。另一方面，受污染的电力设备关键钢构件的表面存在的混合污渍对激光吸收率较小，且与钢构件基体之间的吸附力较强，必须使用较大的激光功率才能实现表面的有效清洁，而高功率的激光清洗对于基体污渍较少的局部会产生严重的二次氧化，影响钢构件的应用性能。

4、基于此，提供一种能够以较低的成本实现对回收电力设备关键钢构件表面混合污渍进行全面清洁的方法，是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于熔盐预清洗的电力设备关键钢构件混合污渍激光清洗的方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：提供一种基于熔盐预清洗的电力设备关键钢构件混合污渍激光清洗的方法，包括以下步骤：

3、将带有混合污渍的电力设备关键钢构件浸入熔融态的混合盐中进行预处理；将预处理后的电力设备关键钢构件冷却、水洗和干燥，再进行激光清洗；

4、所述混合盐的成分按重量百分数计，由30％-45％的硝酸钠、30％-45％的硝酸钾和10％-40％的氢氧化钾组成；熔融态的混合盐的温度为380-420℃。

5、本发明的总体思路及发明机理如下：

6、本发明提出了一种基于熔盐预清洗的电力设备关键钢构件混合污渍激光清洗方法。该方法耦合了熔盐预清洗和激光清洗两种技术作用，旨在以较低的成本实现对回收电力设备关键钢构件表面的全面清洁。

7、首先，通过将待处理钢构件浸入熔盐中进行预处理，熔盐离子因其体积足够小可以进入混合污渍内部，与混合污渍中间有机层发生反应，将中间层有机物分解为更小的粒子并以气体的形式释放，进而撕裂混合污渍表面层，破坏了混合污渍的整体性。同时，由于中间有机层污渍的去除，使得剩余污渍拥有足够的空间和合适的温度进行团聚，形成较大的弱结合力污渍颗粒，为后续激光清洗提供了热冲击和热振动的作用空间。最后，对预处理完成的电力设备关键钢构件进行激光清洗，在高能激光束的扫描过程中，基体和污渍颗粒吸收了高能激光束的能量，进而产生热膨胀作用，当热膨胀作用力大于污渍和基体之间的附着力时，污渍会从钢构件基体中剥离清除。同时，由于预处理作用，热冲击和热振动也会对混合污渍产生作用力，进一步提高了清洗效率。

8、本发明预清洗采用的混合盐主要成分为硝酸盐，在预清洗中发挥以下优势：首先，熔融的硝酸盐体系不仅能够有效去除复合污渍中的有机物，而且具有一定的腐蚀性，针对钢构件复合污渍中的原始镀锌层、油漆、粘结积灰等顽固污渍具有非常好的清洁效果；其次，熔融的硝酸盐体系粘度较低，利用水浴清洗即可去除凝固成分；最后，经熔融硝酸盐处理后的表面粗糙度大大增加，增加了后续激光清洗的激光吸收率，也提升了后续激光清洗效果。

9、本发明的混合盐按重量百分数计，由30％-45％的硝酸钠、30％-45％的硝酸钾和10％-40％的氢氧化钾组成。其中，硝酸盐采用硝酸钠和硝酸钾的混合物，不仅安全性高，还具有更适宜的熔融温度；碱性成分采用氢氧化钾，其碱性较强，能够提高清洗效果。基于上述配比，能够实现熔盐熔点、氧化能力与清洗效果之间的平衡，在实现高效的金属清洗的同时，降低处理所需原料和能耗成本，减轻对钢构件基体的潜在影响。

10、进一步地，通过设置熔融态的混合盐的温度为380-420℃，不仅能够更好地使熔盐成分呈现熔融态，而且提高了熔盐离子的移动速度，使之更充分的与复合污渍进行反应。此外，更高的温度还容易分解部分污渍，增强了清洗效果。

11、进一步地，电力设备关键钢构件的混合污渍包括锈迹、腐蚀、残余的镀锌层、防腐油漆、灰尘、脂性污染物(如树木分泌物、花粉等)中的一种或多种的组合。

12、进一步地，所述熔融态的混合盐的制备方法包括：按比例称取粉末状的各原料，先将硝酸钠和硝酸钾混匀，再将氢氧化钾加入已经混合的硝酸钠和硝酸钾中，混匀得到混合盐；将混合盐加热至380-420℃，即得到熔融态的混合盐。在上述制备过程中，先将熔点相对较高、化学性质较为相似的硝酸钠和硝酸钾进行预混合，再加入氢氧化钾与两者的混合物进行混合，能够确保三种熔盐原料充分分散，从而得到更加均匀的熔融盐混合物。

13、进一步地，对混合盐进行加热的升温速率为10-20℃/min。

14、进一步地，所述预处理的时间为5-15min，优选为8-12min。其中，熔融态的混合盐的用量以确保钢构件表面与熔盐态的混合盐充分接触即可。

15、在本发明中，利用熔融态的混合盐的预清洗作用，去除了钢构件表面复合污渍中对激光吸收率较小的杂质成分，减少了复合污渍的复杂性、厚度，同时增加了钢构件表面粗糙度，提高基体对激光的吸收率；在后续的激光清洗中，可以设置较小的激光功率等参数，以避免高功率激光的使用对钢构件基体污渍较少的区域造成的二次氧化等损伤。

16、进一步地，将预处理后的电力设备关键钢构件先自然冷却至100℃以下，再利用常温水浴对其进行清洗，去除剩余盐分和反应产物，最后进行干燥。

17、进一步地，所述激光清洗的设备包括光纤激光器。

18、进一步地，所述光纤激光器的发射激光的类型包括脉冲激光。

19、进一步地，所述激光清洗的扫描方式包括线扫描。优选地，激光扫描线采用匀速直线运动。

20、优选地，将熔盐预处理完成的钢构件放置在激光器的工作台上，确保钢构件稳定且易于操作，调整工作台的高度或激光头的位置，使激光能够准确照射到钢构件表面的混合污渍层。启动激光器，将激光束照射到钢构件表面的混合污渍层上，使激光束均匀扫描整个需要清洗的区域。

21、进一步地，所述激光清洗的参数包括：激光功率为80-120w，重复频率为80-120khz。

22、优选地，激光清洗的参数包括：激光功率100w，重复频率为100khz，中心波长为1064nm，最大脉冲能量为1.5mj，经大量实验表明，上述参数与熔盐预清洗配合，能够取得更好的清洗效果。

23、由于本发明在激光清洗之前，利用熔盐对钢构件进行了预清洗，不仅提高了清洁效果，而且降低了后续激光清洗的难度。本发明采用的与熔盐预清洗相配合的激光清洗，不需要采用过高的激光功率即可实现良好的清洁效果，避免了高功率激光的使用对钢构件基体污渍较少的区域造成的二次氧化等损伤。

24、进一步地，所述激光清洗的清洗速度为1800-2200mm/s。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

26、(1)本发明提供的一种基于熔盐预清洗的电力设备关键钢构件混合污渍激光清洗的方法，结合熔盐预清洗和激光清洗，可对电力设备关键钢构件表面的锈迹、油污、灰尘等多种类的混合污渍进行全面清除，可以实现对回收电力设备关键钢构件的高效清洁。

27、(2)本发明利用熔盐离子与中间有机层污渍反应，突破了普通激光清洗的自限制作用，使得中间有机层污渍以气体的形式释放，避免了激光清洗通过热传导作用于中间有机层，产生无法释放的微弱气体，增大内部压强使底部污渍嵌入基体的弊端。

28、(3)本发明提供的方法对电力设备关键钢构件进行清洗，在不使用过高功率激光的前提下，清洗效率较普通激光清洗可提升3倍。使用本发明所述的清洗方法进行清洗，受污染的电力设备关键钢构件的平均表面粗糙度可由12.559μm降低至2.063μm，电力设备关键钢构件的硬度可由110hv0.5提升至230hv0.5。

技术特征：

1.一种基于熔盐预清洗的电力设备关键钢构件混合污渍激光清洗的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电力设备关键钢构件的混合污渍包括锈迹、腐蚀、残余的镀锌层、防腐油漆、灰尘、脂性污染物中的一种或多种的组合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔融态的混合盐的制备方法包括：取粉末状的各原料，先将硝酸钠和硝酸钾混匀，再将氢氧化钾加入已经混合的硝酸钠和硝酸钾中，混匀得到混合盐；将混合盐加热至380-420℃，即得到熔融态的混合盐。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对混合盐进行加热的升温速率为10-20℃/min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理的时间为5-15min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光清洗的设备包括光纤激光器。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述光纤激光器的发射激光的类型包括脉冲激光。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光清洗的扫描方式包括线扫描。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光清洗的参数包括：激光功率为80-120w，重复频率为80-120khz。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光清洗的清洗速度为1800-2200mm/s。

技术总结
本发明提供一种基于熔盐预清洗的电力设备关键钢构件混合污渍激光清洗的方法，包括以下步骤：将带有混合污渍的电力设备关键钢构件浸入熔融态的混合盐中进行预处理；将预处理后的电力设备关键钢构件冷却、水洗和干燥，再进行激光清洗；混合盐的成分按重量百分数计，由30％‑45％的硝酸钠、30％‑45％的硝酸钾和10％‑40％的氢氧化钾组成；熔融态的混合盐的温度为380‑420℃。本发明将熔盐预清洗和激光清洗相结合，利用熔盐预清洗降低了后续激光清洗难度，提高了清洁的效率和效果。该方法能够对电力设备关键钢构件表面混合污渍进行高效、全面地清除，降低高功率激光的使用对钢构件表面造成的损伤，具备广阔的推广及应用前景。

技术研发人员：张国栋,崔畅,朱敏捷,赵深,王勤,柯定芳,吴芳芳,谈佳栋,郑则成,李正刚,李成林,薛龙建,王彬任,谢声益,张弛,张学鹏
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23