Лазерная очистка металла перед покраской: новая научно-исследовательская работа ЦНИИПСК им. Мельникова
Представьте: строительство объекта в условиях Крайнего Севера. Доставка материалов — только по зимникам, для пескоструйной очистки нужны тонны абразива, сроки поджимают. Ситуация знакомая многим. В таких условиях лазерные технологии выглядят привлекательной альтернативой. ЦНИИПСК им. Мельникова сейчас как раз занимается тем, чтобы оценить, насколько эта альтернатива состоятельна с научной точки зрения.
Научная база для перехода
Переход от традиционных методов очистки к лазерным — это не просто замена оборудования. Чтобы технологию можно было применять в строительстве, нужна системная научная база. Именно поэтому институт, которому в 2025 году исполнилось 145 лет, взялся за эту работу.
«Мы выстроили системный подход из четырех блоков: аналитический, научно-исследовательский, разработка базового стандарта и внесение изменений в существующую нормативную документацию», — отметила Наталья Силина, исполнительный директор ЦНИИПСК им. Мельникова, на конференции EVRAZ STEEL BUILDING в Сочи.
Что уже сделано: лазерная резка кромок
Перед тем как перейти к очистке, сотрудники института провели исследование влияния лазерной резки на качество сварных соединений. Испытания проводились на стали 09Г2 толщиной 20 мм. Сравнивали три способа подготовки кромок: механический, гибридный (механика + лазер на воздухе) и чисто лазерный на кислороде.
Результаты: лазерная подготовка кромок не ухудшает структуру и эксплуатационные свойства сварных соединений по сравнению с традиционной механической обработкой. Микроструктурные исследования с увеличением до 10 000 и 20 000 крат показали, что зона термического влияния минимальна, критических отклонений не выявлено. Окалина с поверхности реза полностью растворяется в сварочной ванне, не создавая дефектов.
В дальнейшем планируются испытания на других марках стали и толщинах.
Нормативная база: что есть и чего не хватает
Сейчас действует ГОСТ Р 72186-2025 «Оптика и Фотоника. Очистка лазерная поверхностей изделий. Технологический процесс». Этот стандарт регламентирует параметры оборудования.
Проект второго ГОСТ Р — профильного, «Единая система защиты от коррозии и старения. Подготовка стальной поверхности перед нанесением защитного органического покрытия. Лазерная очистка» — находится в финальной стадии разработки. Но в нем пока нет экспериментальных данных по коррозионной стойкости покрытий, нанесенных на поверхности, очищенные лазером. Есть только теоретические положения.
Текущее исследование
ЦНИИПСК запустил НИР по оценке влияния лазерной очистки на адгезионные и коррозионные свойства лакокрасочных покрытий.
Задача: проверить, можно ли заменить абразивную очистку лазерной. До сих пор этот вопрос оставался открытым — лазерную очистку перед покраской в таком объеме не изучали, и для нее нет нормативных документов, которые легализовали бы ее применение в строительстве.
Исследование построено как сравнительное: одни и те же параметры покрытия проверяются на образцах, подготовленных разными способами.
Как устроен эксперимент
Образцы — стальные пластины 150×75×6 мм, всего более 400 штук. На половине из них изучают состояние металла после очистки, на вторую половину наносят покрытие и испытывают в климатических камерах (конденсации влаги и соляного тумана).
Три способа подготовки:
Для соблюдения принципов полноты и объективности исследований в подготовке поверхности образцов применяют три группы методов очистки:
- абразивная дробеструйная обработка — очистка до степени Sa2,5 (по ГОСТ Р ISO 8501-1);
- ручная механическим инструментом — очистка до степени St2 (по ГОСТ Р ISO 8501-1);
- лазерная обработка выполнятся в двух режимах, которые подбираются таким образом, чтобы достичь качества поверхности, аналогичного Sa2,5 и St2, а именно:
- лазерная очистка в непрерывном режиме — оборудование Hans Laser.
- лазерная очистка в импульсном режиме — оборудование VPG Laserone.
После очистки на образцы наносится лакокрасочное покрытие.
Что проверяют на каждом этапе
Для каждой группы образцов проводят:
— визуально-измерительный контроль с фотофиксацией;
— измерение шероховатости (параметры Ra, Rmax, Rz);
— металлографию профиля и структуры поверхностного слоя (оценка возможных изменений структуры металла после лазерной обработки);
— измерение микротвердости.
Второй этап: испытания покрытий
На этом этапе испытывают две системы покрытия на основе материалов заказчика:
— система №1: два слоя алкидного ЛКМ (I группа по СП 28.13330);
— система №2: два слоя эпоксидного ЛКМ (IV группа по СП 28.13330).
Условия испытаний: категория коррозионной активности С3 для I группы и С4 для IV группы по ГОСТ 34667.2.
Оценка состояния покрытий
Оценка покрытий для каждой группы поверхностей проводится до и после проведения климатических воздействий.
— микроструктурные исследования границы раздела «основной металл — покрытие» на предмет трещин, пор, несплошностей, оценка равномерности и однородности нанесения ЛКП
— определение элементного состава поверхностной зоны металла (растровая электронная микроскопия и микроренгеноспектральный анализ)
— оценка состояния покрытия после испытаний: образование пузырей, коррозия металла, растрескивание, отслаивание, распространение коррозии от надреза, адгезия методом отрыва.
Что дадут результаты
Если покрытия на лазерно-очищенных поверхностях покажут такую же коррозионную стойкость, как на традиционно подготовленных, у отрасли появится:
— научно обоснованная альтернатива абразивной очистке;
— экологичное решение без отходов и пыли;
— экономия на расходных материалах и логистике.
По итогам испытаний
Будет составлен отчет о НИР, в который войдут:
— результаты климатических испытаний 32 систем лакокрасочного покрытия на металле, подготовленном традиционными и лазерными способами;
— микроструктурные исследования до и после воздействия;
— выводы о пригодности лазерной подготовки для нанесения ЛКМ;
— предложения по внесению изменений в нормативную документацию.
Сотрудничество
Институт открыт к сотрудничеству с производителями лакокрасочных материалов и других заинтересованных компаний. Если вы хотите проверить, как поведут себя ваши покрытия на поверхностях, подготовленных лазером, — направляйте запрос на почту info@stako.ru