Tecnologia laser para limpeza de superfícies na indústria naval

Abstract

Este trabalho teve como objetivo estudar a viabilidade da aplicação da tecnologia laser como alternativa à tradicional decapagem de navios, tendo a colaboração do estaleiro naval de Aveiro, a NavalRia. O método tradicional apesar de apresentar os resultados desejados, é muito poluente, dispendioso e lento. Neste trabalho é proposta uma alternativa utilizando um laser de Nd:YAG pulsado de comprimento de onda 1064 nm para remoção da tinta e da corrosão que possa existir na chapa de um navio. Inicialmente foram realizados testes preliminares para prova de conceito e cujos resultados obtidos indicam a eficiência do laser no processo de limpeza dos cascos de um navio. Numa segunda fase foram estudados vários parâmetros no processamento a laser de forma a remover a espessura total da tinta, garantindo que o substrato metálico se mantém inalterado. Neste trabalho foram estudados os seguintes parâmetros de varrimento do laser: intensidade da corrente, frequência do feixe laser, velocidade da amostra e a velocidade do feixe laser. As superfícies foram caracterizadas através de microscopia ótica e eletrónica de varrimento, espetroscopia de Raman, ângulo de contacto, refletância e perfilometria ótica. Através destas técnicas foi possível aferir o efeito dos vários parâmetros estudados. Foram testadas quatro espessuras diferentes de tinta e para cada uma delas foram encontrados os parâmetros ótimos para a sua remoção. O estudo do ângulo de contacto e da refletância permitiu concluir que para alguns casos, a superfície obtida pelo processamento a laser é mais hidrofílica, apresentando uma maior capacidade de adesão e tem uma refletância superior à superfície de referência. A rugosidade média das amostras tratadas a laser manteve-se semelhante à da superfície de referência. Para finalizar foi testada uma situação real extrema, onde se concluiu que a potência do laser de Nd:YAG utilizado neste trabalho era insuficiente, tornando o processo muito demorado. Em alternativa, utilizou-se um laser de CO2 de comprimento de onda de 10600 nm a operar em modo contínuo, caracterizando-se a amostra em termos da percentagem de tinta final e por perfilometria ótica. O estudo realizado permitiu constatar que o laser de CO2 também pode ser usado na limpeza de cascos de navios. Os parâmetros ótimos experimentais obtidos foram uma velocidade do feixe de vf=30 mm/s, e uma potência de 18 W

The main objective of this work was to study the viability of laser technology as an alternative to the blast cleaning method of ships, with the collaboration of the Aveiro shipyard, NavalRia. The traditional method despite ensuring the desired results, is very polluting, expensive and slow. The alternative proposed in this work is using a pulsed Nd:YAG laser with a wavelength of 1064 nm to remove paint and corrosion that may exist on a ship's steel plate. Initially, preliminary tests were carried out for proof of concept and the results indicated the efficiency of the laser in the process of cleaning the hulls of a ship. In a second phase, various parameters were studied in the laser processing in order to remove the total thickness of the paint, ensuring that the metal substrate remained unchanged. The different parameters explored were: current intensity, laser beam frequency, sample velocity and laser beam velocity. The surfaces were characterized by optical and scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, contact angle, reflectance and optical profilometry. Through these techniques it was possible to evaluate the effect of the various parameters. Four different paint thicknesses were tested and for each of them the optimal parameters were found for their removal. The study of the contact angle and reflectance allowed us to conclude that for some cases the surface obtained by laser treatment is more hydrophilic, presenting a greater adhesion capacity, and has a higher reflectance than the reference surface. The average roughness of the laser treated samples remained similar to that of the reference surface. To finish, an extreme situation was tested, where it was concluded that the Nd:YAG laser power used in this work was insufficient, making the process very time consuming. Alternatively, a CO2 laser with a wavelength of 10600nm operating in continuous mode was used and the samples were characterized in terms of the percentage of ink that remained on the substrate after treatment and by optical profilometry. The study showed that the CO2 laser system can also be used to clean ship hulls. The optimum experimental parameters obtained were a laser beam velocity of vf= 30 mm/s, and a power of 18 W