碳钢表面激光除锈研究

激光除锈作为一项新兴的清洗工艺,在碳钢表面除锈领域潜在巨大的发展前景。采用1 064 nm波长的连续光纤激光器,研究了激光功率、离焦量和扫描速度对激光除锈效果的影响,通过清洗前后碳钢表面元素含量的变化分析得到准确的优化工艺参数。由金相观察进一步论证了激光除锈的良好效果,并发现在激光作用下产生的硬化层有助于提高碳钢表面的硬度,达到理想的激光清洗效果。     

激光扫描速度对碳钢板表面锈蚀层去除质量的影响

采用光纤激光器开展了碳钢板表面锈蚀层激光清洗研究,通过白光干涉仪、光学显微镜、拉曼光谱仪等研究了激光扫描速度对锈蚀层去除质量的影响。研究表明,当激光扫描速度小于2 000 mm/s时,因光斑搭接率高,热累积效应强,试样表面出现基材熔化重凝现象,同时试样表面发生二次氧化,生成了复杂的铁的氧化物膜层,此时试样表面粗糙度最小。当激光扫描速度增加到3000 mm/s时,试样表面锈蚀层去除干净,露出金属基底本身色泽,基材表面二次氧化减弱。当线速度继续增加时,因光斑搭接率低,锈蚀层吸收的激光能量少,仅有部分锈蚀被去除,试样表面开始出现残留锈蚀层,且随着线速度的增加,残留锈蚀层和试样表面粗糙度增加。通过调节扫描速度可以获得较好的除锈效果,工艺优化后,激光功率为120 W时,除锈效率达到1.5 m2/h。     

光纤激光切割碳钢的工艺研究

采用2kw光纤激光器对16mm以下Q235-A碳钢进行切割,以3mm及10mm为例进行工艺分析.在工艺优化后,对各样件进行分析.分析了焦点距离、激光功率、离焦量、气压各参数对切缝形貌,粗糙度、条纹的影响.结果表明,与传统的激光器不同,光纤激光切割3mm的碳钢一般为正离焦,切割10mm碳钢一般选择负离焦.切割薄板时,为了提高速度,一般选择高功率、高气压切割.切割厚板时,确保切面质量,一般选择高功率、低气压.     

脉冲激光除锈工艺研究

采用波长为1.06μm的脉冲激光进行了除锈工艺研究。主要研究了激光扫描速度、脉冲重复频率、扫描方式、离焦量、扫描线间距等工艺参数对于锈层清除率的影响,最后获得了优化的工艺参数,并采用该参数除锈的样品与砂纸打磨样品进行了抗腐蚀性能和拉伸力学性能对比。研究结果表明:过高的扫描速度和脉冲重复频率,无法清除锈层;而过低的扫描速度和脉冲重复频率,虽然能够很好的除去样品的锈层,但是会对除锈后的表面造成二次氧化。离焦量和扫描线间距会影响相邻脉冲光斑的重叠程度,这两个参数也应该选择合适的组合,过大的重叠会引起二次氧化。采用慢、快扫描速度和低、高脉冲重复频率交替、多次扫描以及每次扫描旋转一定角度的方式更有利于去除船用钢板上的深厚的锈蚀。激光除锈后的船用钢材的抗腐蚀性能是用砂纸打磨的样品的2~3倍。     

EH36钢激光清洗参数优化与表面性能评估

针对船舶舱内复杂空间材料表面除锈需求,利用脉冲光纤激光清洗平台开展了EH36船用钢板激光清洗工艺参数优化与清洗后材料表面性能实验研究。通过宏观、微观形貌观测与表面化学成分分析,并结合船舶行业除锈标准规范,建立了船用钢激光除锈质量评价准则,以此确定了材料激光除锈最佳工艺参数。在此基础上开展激光除锈后材料表面质量、显微硬度、粗糙度及综合力学性能测试评估。研究结果表明：在最佳除锈工艺参数(平均功率210 W、重复频率250 kHz、脉冲宽度300 ns、扫描速度4 000 mm/s)下,船用钢板表面质量达到Sa2.5等级,力学性能基本保持不变,能够满足船舶舱内复杂空间材料表面除锈工艺要求,在船舶修造材料表面除锈领域具有优良的适用性。     

船舶板材激光除锈工艺参数确定方法研究

针对绿色造船技术发展对船用钢板表面清理除锈的工艺需求,研究基于光纤激光器的船舶板材激光除锈工艺。通过激光单线扫描除锈实验,得到沟槽轮廓几何特征量随激光能量密度的变化关系:在0.5~5 J/mm2能量密度范围内,单线扫描沟槽轮廓的深度、宽度、横截面积三个几何特征量均与能量密度近似呈线性关系。针对船舶板材表面除锈工艺要求,提出一种通过单线扫描沟槽轮廓特征来确定搭接扫描除锈工艺参数的方法。搭接扫描除锈实验结果表明该工艺参数确定方法在一定范围内有效可行,激光除锈能够达到船板涂装清洁度标准,并能满足表面粗糙度的要求,为激光除锈在船舶板材表面清洗中的应用提供了有效的工艺参数确定方法。     

不同激光清洗方法对高强钢表面锈蚀层的去除研究

采用干式/液膜辅助式激光清洗方法对高强钢表面的锈蚀层进行处理,研究了激光功率对试样表面状态的影响规律,并对两种方法的除锈机理进行了对比分析。结果表明:两种清洗方法都能有效去除试样表面的锈蚀层,且低功率下液膜辅助式激光清洗效果比干式激光清洗效果更好。优化的液膜辅助式激光除锈工艺参数为:激光功率400 W,脉冲频率10 kHz,脉宽30 ns,此时试样表面氧元素的质量分数为3.38%,试样的表面粗糙度为3.04μm。     

激光除锈技术对高速列车集电环性能影响研究

为了研究激光除锈工艺应用于高速列车集电环的可行性，根据激光除锈效果和清洗效率，确定了集电环的最优激光清洗参量，即在激光覆盖试样整个表面的光斑搭接率为29.3%时，激光功率为16W，激光重复频率为70kHz，激光扫描速率为1.0m/s。采用最优工艺参量对集电环试样进行激光除锈，通过扫描电镜和金相显微镜观察原始试样和激光除锈后试样的表面微观组织；采用新的实验分析手段分析对比原始试样和激光除锈后试样表面硬度和表面力学性能；室温条件下采用LINSES电阻率测试仪对激光清洗前后试样的电阻率进行测量。结果表明，激光除锈后试样表面没有发生重熔和相变；原始试样和激光除锈后试样表面硬度和表面力学性能对比没有发生明显变化；由于表面粗糙度的增加以及部分晶体点阵发生的晶格畸变，增加了电子散射的几率，使电阻率提高8.3%，但仍符合使用规范。激光除锈技术对集电环基底表面性能没有产生显著影响，该工艺适用于高速列车集电环表面除锈。     

激光清洗工艺参数对TC4钛合金表面除漆的影响

采用脉冲光纤激光器对TC4钛合金表面的环氧锌黄漆层进行了激光清洗试验,研究了激光能量密度和激光清洗速度对清洗效果的影响规律,分析了试样清洗后的表面形貌、表面粗糙度以及物相组成,并测量了清洗后基材表面的维氏硬度。研究结果表明,清洗效果随着激光能量密度的增加或清洗速度的减小而逐渐变好;当激光能量密度为4.00 J/cm²、清洗速度为3 mm/s时,清洗后基材表面的物相成分只有Ti和Ti₆O,没有CaCO₃,说明在此工艺参数下漆层已经完全被去除。彻底去除漆层后的钛合金的表面粗糙度与原始基材表面粗糙度相近,粗糙度为S_a=2.082μm。清洗后TC4钛合金试样表面的维氏硬度平均值为368.74 HV,相比原始硬度约提高了7.4%。研究结果表明,通过合理选择工艺参数,可以有效去除钛合金表面漆层,并获得较好的表面形貌,同时能提升其表面平均硬度。     

基于激光清洗技术的船舶绿色清洗方法研究

针对船舱内各种复杂空间的作业环境需求,利用激光清洗技术对船用钢材EH36表面的漆层、锈蚀、油污开展工艺试验研究。首先研究激光功率、重复频率、脉冲宽度工艺参数组合对表面形貌的影响,揭示不同参数对表面剥离程度与粗糙度的影响,同时需要避免产生表面裂纹。其次,设计单因素试验获得漆、锈、油污的最佳清洗工艺窗口,漆、油污可以通过一次激光扫描除去,锈蚀需要清洗两次。通过对比清洗前后的基材表面元素含量分布以及微观形貌变化,结果表明,激光清洗后表面污染物有关的元素C、N、O均大幅降低,锈蚀、油污能够被完全去除,而漆层存在少量细小片状残留。最后对清洗后的基材进行了力学性能测试,发现表层硬度有所提升,除锈样提升约20 HV,除油样提升约3 HV,除漆样提升约13 HV;激光清洗对基材的抗拉、弯曲性能没有明显影响。因此,船用钢的激光清洗过程是可靠且无损的。     

纳秒脉冲激光清洗石化设备对清洗表面的影响

采用纳秒脉冲激光对石化设备普遍使用的20钢表面锈蚀层以及油污进行了激光清洗试验,通过正交实验法得到优化后的激光清洗工艺参数,在激光功率18 W,激光脉冲重复频率75kHz,扫描速度3 000mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面的锈蚀层;在激光功率20 W,激光脉冲重复频率75 kHz,扫描速度2 250 mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面附着的油污。分析了激光清洗前后材料表面形貌的变化,研究了激光清洗前后表面的显微硬度以及耐腐蚀性,结果表明：激光清洗可以在不改变材料的耐腐蚀性能的同时提升材料表面的显微硬度,从而达到理想的激光清洗效果。     

锈蚀表面的激光清洗及其元素组成分析

采用波长1064 nm高重频高能量激光清洗设备,研究了激光清洗碳钢表面锈蚀时工艺参数对除锈效果的影响,分析了激光清洗锈蚀表面、微区、线和点处的元素组成以及相对含量。结果发现:脉冲激光在优化参数下能将碳钢表面的锈蚀完全清洗干净,激光清洗锈蚀表面、微区、线和点处都没有发现氧元素的存在,表明脉冲激光不仅能将碳钢表面的锈蚀完全清洗干净,而且在激光清洗锈蚀过程中不会发生铁元素和氧元素的化学反应,生成氧化铁膜。     

Mechanism and characterization of nanosecond laser rust-removal on AH36 steel

In this paper, the effects of different laser powers, repetition rates, and spot overlaps on the surface roughness, micromorphology, and Vickers hardness of rusted AH36 steel were researched in the rust removal experiment of fiber pulse laser on the marine steel surface. Then, the mechanical properties, corrosion resistance, and metallographic microstructure of the surface of samples after laser cleaning were analyzed. The experimental results show that when the processing parameters were the laser power of 40 W, the repetition rate of 110 kHz, and the spot overlap of 50%, the rust removal effect on AH36 steel was the best, and it met the cleanliness standard of marine steel coating. Moreover, its Vickers hardness, mechanical properties, corrosion resistance, and repainting properties were superior to those of the original substrate.     

镍基合金激光熔覆层组织特征研究

利用同步送粉法在Q235低碳钢表面激光熔覆了镍基合金涂层.用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、显微硬度计对熔覆层的微观组织、物相组成、成分分布及显微硬度进行了测定与分析.结果表明:在激光功率3kW,扫描速度300mm/min,光斑直径3mm等工艺条件下的激光熔覆质量良好,无气孔、裂纹等缺陷,且与基材呈良好的冶金结合;熔覆...     

航空铝合金表面涂层无损激光清洗研究

激光清洗以绿色、安全、便于控制等优点,在航空航天、电子、交通等领域有着重要的应用价值。采用纳秒脉冲激光清洗航空2A12铝合金表面TB06-9涂层,研发了一种新型的两步法无损激光清洗工艺。运用扫描电子显微镜、能谱仪,超景深三维显微镜和万能电子实验机等分析激光清洗涂层。结果表明,第一步采用单次激光清洗,随激光功率的增加,试样表面涂层逐渐减少裸露出氧化层及基材。激光功率为40 W时氧化层保留完好,功率为45 W时氧化层开始出现损伤,随着功率的增加,损伤逐渐增多。最终确定第一步优化参数为激光的频率为20 kHz,功率为40 W,扫描速度为1040 mm/s,线间距为0.052 mm。第二步在第一步的基础上进行多次清洗,获得的优化参数为激光频率为1000 kHz,功率为80 W,扫描速度为690 mm/s,线间距为0.034 5 mm。两步法激光清洗试样的表面与原始试样表面形貌相似,表面显微硬度及抗拉强度基本保持一致,较好地保留了材料的原有力学性能。     

激光清洗Q345钢表面氧化层的数值模拟

为了探索激光搭接率和激光平均功率等物理参数在激光清洗时对Q345钢表面氧化层温度场分布和烧蚀深度的影响。本文针对钢铁产业工程中常用材料Q345钢表面的氧化层开展激光清洗过程模拟研究。首先对Q345钢表面氧化层进行物理化学性质分析,从而建立氧化物和基体的激光清洗分层模型。接下来借助COMSOL Multiphysics软件,将Q345钢激光清洗模型进行网格划分和瞬态研究,并用实验来验证,从而得出激光参数对清洗温度场和清洗深度的影响。结果表明光斑搭接率对温度场影响不大,但随着搭接率的提高,烧蚀深度越深。而激光平均功率越大,温度场峰值越高,烧蚀深度也显著加深。该研究结果可为激光清洗氧化层的工艺研究提供理论参考。     

基于正交实验的SUS304不锈钢激光打孔过程参量优化

为了优化激光打孔参量和提高激光打孔成型质量,采用正交实验法对5mm厚的SUS304不锈钢材料进行激光打孔实验研究和理论分析,测量和计算得到了激光打孔上下孔径和锥度的数据,并采用极差分析法得到了脉冲宽度、脉冲能量、重复频率、离焦量和脉冲个数等参量对小孔锥度的影响程度以及SUS304不锈钢激光打孔的最优实验参量组合。结果表明,离焦量、脉冲宽度和脉冲个数对孔锥度的影响较大,重复频率和脉冲能量的影响较小,优化后的激光参量为脉冲宽度0.5ms、脉冲能量2.5J、重复频率40Hz、离焦量0mm、脉冲个数200个。采用优化后的激光参量可加工出锥度较小的孔。