[发明专利]基于激光冲击波技术的金属管道内壁除垢方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种基于激光冲击波技术的金属管道内壁除去污垢方法和装置，该方法特别适合于清除固结在管道内壁的污垢等附着物。

背景技术

金属管道作为一种输送流体的部件已得到广泛应用，然而由于流体中含有杂质和外部因素的影响，管道在使用过程中容易在其内壁形成一层垢体，如石油冶金化工的热交换管、冷却管等。管道内壁结垢后，内径收缩，通流面积减小，导致流量变小，运送效率降低，运输成本增加，甚至还会使管道堵塞，引发安全事故，因此管道内壁的污垢必须要及时清除。目前常用的金属管道除垢方法主要有机械除垢、高压水射流除垢、化学除垢和火药冲击波除垢等。

机械除垢是使用刀具或其它机械装置除去管壁污垢，通常使用人工手持刀具刮削去除污垢；或者在管道内放置刀具，向管道输送流动介质作为推动刀具向前运动的动力，利用刀具对内壁的刮削作用以达到清除管内污垢。机械除垢的方法具有使用设备简单、操作简单、无污染等优点，但该方法一般适用于口径较大的管道除垢，对于小口径管、变径管等管道内壁的污垢，该方法除垢的效率较低，甚至难以奏效。 

高压水射流法是以水为介质，通过高压装置，形成高压水，将压力能转化为水射流动能，通过专用喷头直接冲刷在金属管道内壁的垢体上，使之发生破裂，脱落，达到清洗除垢的目的。该方法的特点是以水为介质，不损坏和腐蚀金属管道，不污染环境，但对于粘结力很强的污垢难以清除干净，如热交换管道内壁固结的CaCo₃之类的污垢，而且高压系统设备较为复杂，制造成本高，维修困难。

化学除垢是根据垢层的化学成分，选择合适的化学试剂将其注入到管道内，存放一段时间，使化学试剂和污垢充分反应，使垢体软化、溶解、脱落，再用水把管道冲洗干净。该方法在除垢过程中，由于化学试剂剂量难以精确控制，垢体的厚薄不均匀，化学试剂对污垢产生作用的同时，必然对管道有一定的腐蚀作用，而且垢层的化学成分不同，化学除垢剂成分不同，导致化学除垢工艺复杂，容易对环境造成污染。

火药冲击波除垢方法是利用火药产生的冲击波及高压气体直接传输给管道或容器，冲击波及高压气体作用于管道或容器壁，从而使垢体剥落。火药爆炸产生冲击波除垢的效率高，但该装置产生冲击波的作用的范围有限，且火药的药量难以精确控制，安全性较差。

发明内容

本发明针对现有除垢方法存在的上述技术问题，提供一种基于激光冲击波技术的金属管道内壁除垢方法和装置。

本发明所提供的一种基于激光冲击波技术的金属管道内壁除垢方法具体如下：

先在反射座13的端面涂上有效吸收激光能量的黑漆作为能量吸收层12，再将反射座13插入待除垢的金属管7内，根据待除垢体8的主要成分、金属管7的力学性能、金属管7的管壁厚度对激光脉冲参数进行优化，激光脉冲束3的功率密度为GW/cm²量级，激光脉冲束3直接辐照在反射座13的能量吸收层12上，能量吸收层12的材料气化形成高温高压高密度的等离子体11，高压等离子体11迅速膨胀而产生高压冲击波作用在管道内壁的垢体8上，形成了向其内部传播的应力波，当应力波压力峰值超过垢体材料的断裂极限时，垢体8碎裂并剥落，剥落后的垢体8随约束层水10从反射座13和金属管7内壁之间的间隙及时排出管外。

本发明所提供的一种基于激光冲击波技术的金属管道除垢装置包括激光器发生器1、导光系统、工件夹具系统和控制系统；其中所述导光系统包括导光管2、全反镜4、冲击头5，所述导光管2的一端连着激光发生器1，依次把激光发生器1、全反镜4和冲击头5连接起来，所述导光管2的另一端连接冲击头5并对着工件夹具系统；工件夹具系统包括水龙头6、金属管7、约束层水10、能量吸收层12、反射座13、管件夹持器9、导向支架16、水槽15、工作台14，水龙头6位于金属管7上方，反射座13插入待除垢的金属管7的内部，所述反射座13的直径要比金属管7的内径小，反射座13和金属管7内壁之间留有间隙，反射座13的端面上涂有黑漆作为能量吸收层12，约束层水10覆盖着能量吸收层12，反射座13的下端固定在水槽15底部，水槽15放置在工作台14上，金属管7通过管件夹持器9装夹在导向支架16上，导向支架16固定在工作台14上；控制系统包括计算机18和控制器17，计算机18通过控制器17控制管件夹持器9和工作台14的运动，计算机18通过控制器17控制激光发生器1发出的激光脉冲束3。

本发明的实施过程如下：

1、将金属管装夹在管件夹持器上，管件夹持器装夹在导向支架上，导向支架固定在工作台上；