La peinture est une étape importante de la construction navale, car la résistance à la corrosion et aux intempéries de la coque en dépend. Les chantiers navals utilisent actuellement des méthodes mécaniques telles que le sablage et le meulage pour nettoyer la coque avant et après le nettoyage. La peinture époxy est difficile à éliminer des substrats en acier inoxydable d'une épaisseur supérieure à 200 microns, que ce soit par nettoyage laser ou par toute autre technologie de nettoyage mécanique. Une solution consiste à utiliser le nettoyage laser en contrôlant les paramètres du procédé pour obtenir des résultats de nettoyage efficaces. Une durée d'impulsion de 150 ns est généralement utilisée pour ce type d'application. Il est également utile de surveiller le panache/plasma induit par le laser afin de déterminer si le nettoyage a été suffisant. En contrôlant les motifs de balayage du faisceau et le taux de chevauchement des lignes, il est possible d'obtenir des résultats de nettoyage efficaces sans introduire d'écart d'élimination. Une étude a montré qu'une luminosité plus élevée du panache/plasma était générée lorsque toute la peinture était retirée et que l'évaporation du métal nu était observée (réf. 1).
La peinture est utilisée dans l'industrie navale pour sa résistance à la corrosion, sa résistance aux intempéries et son esthétique. Le sablage et le meulage sont traditionnellement utilisés avant et après la peinture. Cependant, ces méthodes suscitent des inquiétudes quant à la santé et à la sécurité des travailleurs, ainsi qu'à la pollution environnementale. Le nettoyage laser, quant à lui, permet un travail respectueux de l'environnement et réduit considérablement les coûts de traitement par rapport aux méthodes de nettoyage mécaniques et chimiques. La figure 1 illustre le nettoyage laser de la coque d'un navire.
Figure 1 : Nettoyage au laser de la coque du navire
Dans une étude, des chercheurs ont tenté d'éliminer une peinture époxy de 200 microns d'épaisseur de la surface en acier d'un navire à l'aide d'un système de nettoyage laser à fibre d'une puissance moyenne de 100 watts, sans fonction de balayage de faisceau (réf. 1). Cette opération s'est avérée peu concluante. Dans une autre étude, les paramètres optimaux du procédé pour l'élimination de la peinture époxy de la surface de substrats métalliques ont été déterminés et le mécanisme d'ablation du processus de nettoyage a été décrit à l'aide d'un laser Nd:YAG (réf. 2). Une autre étude a exploré l'efficacité du décapage laser de la peinture époxy à l'aide d'un système laser à fibre nanoseconde (réf. 3).
Afin d'étendre l'applicabilité de la technologie de nettoyage laser, il est nécessaire de contrôler les paramètres du procédé qui n'ont pas été abordés dans les études précédentes. Dans une nouvelle étude, portant sur le nettoyage de petites surfaces, le test a été réalisé en sélectionnant le modèle de balayage du faisceau et le taux de chevauchement du faisceau laser comme principaux paramètres du procédé (réf. 1). Du SS400 avec un revêtement époxy de 320 microns a été utilisé. La distribution topographique des couleurs ainsi que la rugosité du métal de base avant peinture ont été mesurées. Le métal de base présentait une rugosité de 30 à 45 microns. Le système de nettoyage laser était un laser à fibre d'une puissance de 100 watts, d'une durée d'impulsion de 150 ns, d'une ligne de balayage de 50 mm, d'un diamètre de faisceau de 97 microns et d'une densité énergétique de 13,6 J/cm². Les paramètres du procédé de nettoyage laser sélectionnés pour cette étude étaient le modèle de balayage du faisceau laser et le taux de chevauchement. Les chercheurs ont conçu quatre modèles de balayage : ligne, cercle, infini et onde, illustrés à la figure 2.
Figure 2 : Différents modèles de balayage utilisés pour le nettoyage au laser (réf. 1)
L'installation d'une caméra haute vitesse devant l'équipement de nettoyage laser a permis d'analyser la trajectoire du faisceau laser et d'étudier le panache/plasma induit par le laser généré par les différents balayages. Les performances du nettoyage laser ont également été étudiées en fonction des différents types de balayage. Il a été constaté que pour les balayages linéaires et circulaires, l'image montrait clairement une intensité du panache/plasma plus importante sur les bords. Avec les balayages à l'infini et en vagues, la peinture était éliminée uniformément et sans déviation sur chaque zone. Ces balayages étant plus uniformes, il a été constaté que non seulement le nombre de balayages, mais aussi la trajectoire du faisceau laser avaient une influence significative sur les résultats du nettoyage laser. Il a été confirmé que lorsque le composant du matériau de base (Fe) était détecté après l'élimination complète de la peinture, le nombre de balayages requis était de sept ou plus. Cela a démontré que la peinture époxy sur la surface de l'acier peut être efficacement éliminée par la technologie de nettoyage laser.
Les taux de chevauchement de l'impulsion et de la ligne pourraient avoir un impact sur l'efficacité du nettoyage laser. La figure 3 illustre la différence entre les taux de chevauchement de l'impulsion et de la ligne.
Figure 3 : Taux de ligne et de chevauchement pour les impulsions laser (Réf. 1)
Plusieurs réglages ont été utilisés, tels que des taux de chevauchement des impulsions de 50 % et 70 % et des taux de chevauchement des lignes de 20 %, 50 % et 70 %. Pour un taux de chevauchement des impulsions minimal de 50 % et un taux de chevauchement des lignes de 20 %, l'époxy de 320 microns a été retiré lors de 13 scans (réf. 1).
Le mécanisme du nettoyage laser peut être divisé en un processus quantique, sans chaleur, et un processus thermique, avec chaleur. À titre d'exemple du processus thermique nécessaire au décapage de la peinture lors de la construction navale, une étude (réf. 1) a montré que les performances du nettoyage laser peuvent être significativement affectées par la différence d'apport de chaleur selon le taux de chevauchement du faisceau laser. Un nombre réduit de lignes et d'impulsions par rapport au taux de recouvrement nécessite un nombre plus élevé de balayages pour éliminer la peinture époxy, comme le montre la figure 4.
Figure 4 : Influence du taux de chevauchement des lignes et des impulsions sur le nombre de balayages nécessaires pour nettoyer la peinture époxy (Réf. 1)
Le comportement du panache induit par laser et du plasma a également été analysé. La peinture époxy a absorbé l'énergie laser irradiée selon le schéma de balayage du faisceau et l'a excitée lors de son évaporation. En revanche, lorsque la peinture a été complètement retirée et que la surface du métal a été exposée, un panache de forte intensité a été généré par l'évaporation du métal (Réf. 1).
En conclusion, le contrôle des paramètres du processus tels que les modèles de balayage du faisceau et les taux de chevauchement du faisceau laser s'est avéré très efficace dans le nettoyage au laser de la peinture époxy de la surface en acier inoxydable.
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Références :
1- Une étude sur l'élimination au laser des revêtements époxy sur la surface SS400 par des modèles de balayage de faisceau, J.E. Kim et.al, Coatings 2021, 11, 1510.
2- Identifications optimales des paramètres laser basées sur les effets laser pour l'élimination de la peinture d'un substrat métallique à 1064 nm, J. Han et.al, J. Mod, 2017, 64.
3- Décapage de peinture par laser à fibre nanoseconde avec suppression des flammes et des étincelles, Z. Kuang et, al, J. Mater. Process. Technol. 2019, 266.