轴快流CO2激光脱漆的研究

采用轴快流CO2激光对金属表面的油漆进行清洗实验,研究了激光功率密度、扫描速度及扫描道间搭接量对脱漆效果的影响。结果表明：脱漆时,激光功率密度存在着起始清洗阈值、完全清洗阈值和基体损伤阈值;增加激光功率,可获得更高的扫描速度和更好的清洗效果;扫描道间搭接量大于40％时,可实现漆板的大面积清洗。选取合适的工艺参数,能完全清除漆板表面的油漆而不损伤基体,并可获得高的清洗效率和好的清洗效果。     

1064nm准连续激光除漆研究

激光清洗作为环保节能的绿色清洗方法,在钢铁材料表面除漆领域具有重要的应用前景。利用波长为1064nm,重复频率为0.5～50kHz可调的声光调Q准连续Nd:YAG激光对钢基底表面漆层样品进行了清洗实验和工作机理研究。模拟和实验结果表明,在钢基底表面漆层脉冲激光去除中,阈值清洗条件下有效清洗机理是振动效应,而有基底损伤时有效清洗机理是振动效应和烧蚀效应;对于厚为50μm漆层的钢铁基底,在平均功率20W以上且搭接率为80%时,能够完全清除基板表面油漆而不损伤其基体。在保证激光功率密度和扫描搭接率适当的同时,通过提高激光器输出功率、脉冲重复频率或增加光斑直径,可以获得更好的清洗效果和更高的清洗效率。     

低频YAG脉冲激光除漆机理和实验研究北大核心CSCD

激光清洗在再制造行业、微机电系统(MEMS)和超精密加工行业具有重要的应用前景。采用低频YAG脉冲激光器对FV520B基体的表面漆层进行激光除漆实验和机理研究。实验结果表明,激光除漆机制因实验条件的改变而不同。当吹氩气时,激光除漆机制主要是烧蚀效应;当采用约束层水时,激光除漆机制主要是烧蚀效应和振动效应,而且约束层水不但能提高表面漆层的去除率还能极大地提高基体的临界损伤阈值。同时实验验证了理论计算得到的搭接率的除漆效果,即在激光扫描速度为249mm/min、扫描道间的搭接量为0.6mm时,实现了整个漆层的完全去除,激光除漆效率达15.5mm2/s。     

激光清洗铝合金漆层的数值模拟与表面形貌

采用COMSOL Multiphysics建立了纳秒脉冲激光清洗2024铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的有限元模型,分析了不同参数对激光清洗温度场和清洗深度的影响,并进行了实验验证。结果表明:扫描速度以搭接率的形式影响清洗效率,扫描速度越慢,清洗速率越小,当搭接率为50%时具有合适的清洗效率;随着激光能量密度增加,漆层表面和基体表面的最高温度线性升高,当激光能量密度达到25 J/cm^2时,激光辐照区域的漆层材料完全被去除,铝合金基体的烧蚀深度为50μm;在激光能量密度为25 J/cm^2,搭接率为50%的实验参数下,基体表面沟槽峰谷高度为50.234μm,在此参数组合下可以获得良好的符合涂装工艺要求的表面。该结果可为研究纳秒脉冲激光清洗及其工艺参数的选择提供参考。     

TiAl合金表面多道搭接激光重熔温度场数值模拟

为了研究多道搭接对激光重熔等离子喷涂NiCoCrAl-Y2O3涂层熔化的影响,根据激光重熔的特点,采用ANSYS有限元软件的参数化设计语言,在已有的单道激光重熔温度场模型基础上,建立了TiAl合金表面多道搭接激光重熔连续移动三维温度场有限元模型.温度场的分析结果表明:由于激光扫描的热积累效应,重熔过程中试样的温度越来越高,熔池也越来越大,各扫描道之间存在明显的差异,因此不能获得熔化均匀且稀释率小的高质量重熔层.采用逐道减小激光功率或增大扫描速度的策略可以获得大体相同的各扫描道熔池;采用预热试样法同样可以有效地减轻各扫描道之间熔池的差异.     

脉冲YAG激光清洗轮胎模具的实验研究

为了获得激光清洗轮胎模具的工艺参量,采用自主研制的平均功率达250W的脉冲式YAG激光清洗设备开展了轮胎模具激光清洗实验研究。取得了不同激光参量对轮胎模具清洗效果的实验数据,并研究了激光峰值功率、能量密度等参量与轮胎模具清洗速度、清洗效果的关系。结果表明,清洗轮胎模具脉冲YAG激光比CO₂激光更高效;轮胎模具清洗的激光能量密度阈值约为250mJ/mm2,提高激光峰值功率和平均功率能提高清洗速度和清洁效果。此结果为激光清洗设备的研究提供了参考。     

玻璃表面微颗粒的激光清洗研究(特邀)

针对玻璃表面微颗粒的污染问题,文中研究了脉冲激光对颗粒污染物的清洗阈值和清洗效果。通过颗粒吸附和形变模型计算石英玻璃表面与颗粒间的吸附力,分析热应力与激光能量密度的关系。通过吸附力和热应力的对比分析得到颗粒污染物的清洗条件和理论阈值。实验对比石英玻璃表面颗粒的正面入射和反面入射的清洗效果,研究功率密度、扫描速度和清洗次数等参数对清洗率的影响。结果表明,大颗粒污染物的反面清洗可以完全去除,正面清洗小颗粒污染物的效果较好。单因素和三因素研究表明激光功率密度对清洗率的影响比扫描速度大,激光清洗次数对清洗率几乎没有影响。     

激光清洗5083铝合金表面漆层的数值模拟与试验研究

为了探索不同功率的激光对铝合金表面漆层的温度场分布以及清洗深度的影响,以及光斑搭接率对清洗效果的影响,利用COMSOL multiphysics软件建立了光纤脉冲激光清洗5083铝合金表面漆层的数值模型,最后得既能够防止基体表面受到损坏,也能够使得漆层材料完全去除的激光功率,以及可以获得良好清洗效果的光斑搭接率,并用实验来得以验证。结果表明：激光重复频率为100 kHz时,激光功率越大,试样表面温度上升越快,烧蚀深度也随之增加。当30 W的激光功率基本上可以保证去除掉漆层且不伤及基体表面,对基体材料的烧蚀深度为10μm。在激光功率为30 W,光斑搭接率为50%的实验参数下,试样表面粗糙度较清洗前降低,为4.48μm,在该实验参数下可以获得不伤及铝合金基体的良好的清洗效果。该实验结果可以为光纤脉冲激光清洗的工艺参数的选择提供参考。     

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。     

基于ANSYS的激光除漆技术数值模拟研究

通过研究资料对激光清洗漆层作用原理进行分析,对5052铝合金表面漆层脱离应力进行测定。采用Ansys建立了脉冲激光清洗5052铝合金表面环氧锌黄漆层的有限元仿真模型,分析了在激光功率为20W时不同扫描速度对激光清洗漆层的温度场和应力场的影响,并进行了清洗效果预估。对仿真结果进行验证,实验表明在扫描速度为1000mm/s时激光清洗漆层所产生的温度场和应力场可以达到去除大部分厚度的漆层以及部分漆层剥离的效果,在扫描速度为600mm/s时可以去除全部漆层且对基体仅有轻微影响,实验结果验证了仿真模型的正确性,通过该模型可以为激光清洗漆层的工艺参数选择提供选择和效果预估。     

基于热烧蚀效应的激光清洗仿真模型研究(特邀)

为研究在基于热烧蚀效应的激光清洗中激光参数对清洗效果的影响,根据热烧蚀效应原理、傅里叶热传导方程以及能量守恒定理,使用有限元分析软件建立了热烧蚀动态能量守恒的二维激光清洗仿真模型。在该模型中使用了虚拟第三类边界条件,将薄层-基底系统中的激光烧蚀热功率密度与被烧蚀污渍层边界的法向移动速度进行关联,实现了污渍层烧蚀潜热消耗量与激光烧蚀能量之间的动态能量守恒,明确了质量损失与能量消耗的数学关系,使所建立的模型更加理论自恰和精确可靠。利用该模型理论分析了光斑吸收功率、光斑直径、扫描速度以及扫描能量密度对清洗效果的影响,结果表明：污渍平均残留厚度随光斑吸收功率和扫描能量密度增大而减小,且减小的速率会逐渐变慢,当激光功率过大时,基材会出现损伤;污渍平均残留厚度随光斑直径和扫描速度的增大而变大,但减小光斑直径和扫描速度会降低清洗效率。提出了根据污渍层物性参数与扫描能量密度的对应关系优化激光参数的方法,并对非平整表面污渍层进行了多次不间断扫描的仿真分析,得到了清洗效果随扫描次数的变化规律。该研究结果对激光清洗设备的方案设计、优化改进和使用选型具有一定的指导意义。     

一维热应力模型在调Q短脉冲激光除漆中的应用

讨论了热应力在短脉冲激光清洗油漆过程中的作用,从一维热传导方程出发,计算了由热膨胀产生的热应力以及根据粘附力公式计算出了油漆的粘附力.通过比较热应力与粘附力大小,得到激光清洗油漆的条件,进而建立一维短脉冲激光除漆模型.根据此模型可计算出:波长为1064 nm,脉宽为10 ns的激光清除铁基底上厚度为40μm橙色漆的清洗阈值为0.5 J/cm2;不同能量密度下使得油漆脱落所需的激光作用时间;激光脉冲作用过程中铁基底的温度变化情况.实验所测得的清洗阈值为0.57 J/cm2,与理论结果接近.实验与理论都表明当能量密度过高时,铁基底的温度升高很大,超过其熔点,铁基底被损坏.并考虑了激光清洗铝基底上油漆的情况.     

飞机蒙皮的激光除漆技术研究

激光清洗在再制造行业、微机电系统（MEMS）和超精密加工行业具有重要的应用前景,飞机蒙皮激光脱漆技术是激光清洗技术中的一个重要分支。利用10.6 m的高重复频率CO2激光器对飞机蒙皮（LY12铝合金板材）上的90 m厚的双层复合油漆层进行去除。研究结果表明,通过选择合适的扫描间距、激光功率密度及扫描次数,成功地将飞机蒙皮表面的两层油漆层完全去除,通过对比试验测试飞机蒙皮在激光除漆前后的抗拉强度、屈服强度、维氏硬度以及粗糙度等力学性能,发现激光除漆未损伤基底且未改变其力学性能。该种除漆方式较传统除漆方式具有环保无接触、效率高、参数可控以及维护成本低等优点,为在其他领域应用开拓新的方向。     

38CrMoAl材料表面污染物激光清洗技术

采用脉冲激光对38CrMoAl材质样件进行了激光清洗试验研究,通过显微镜、白光干涉仪、台阶仪、红外测温仪等分析方法,研究了38CrMoAl材料表面污染物的清洗阈值、损伤阈值、激光功率密度对清洗效果的影响规律。结果表明,当激光功率密度大于1.22 J/cm2时,样件表面污染物开始被有效清除,对应污染物的清洗阈值,当能量密度增加到3.11 J/cm2时,38CrMoAl基材开始出现损伤,对应基材的损伤阈值;当能量密度位于清洗阈值和损伤阈值之间时,清洗机理主要为振动效应;当激光能量密度为2.36 J/cm2时,清洗效果最好,样件表面污染物去除干净,清洗前后表面粗糙度基本没有变化,基材无损伤,激光清洗可满足38CrMoAl材质样件的精密清洗需求。     

高压输电线覆冰连续激光清除系统设计与实验研究

高压输电线覆冰是影响电网正常运行的一个重要因素,激光除冰以其优异的性能在高压输电线除冰中具有广阔应用前景.为安全、快捷的清除高压输电线上的覆冰,本文在分析研究激光除冰原理的基础上,设计了基于连续激光的高压输电线覆冰清除系统,搭建实验装置,实验研究了不同距离和不同功率下的融冰效果.结果表明,激光除冰效果在很大程度上取决于...     

脉冲和连续模式下玻璃纤维复合材料激光脱漆技术研究(特邀)

采用波长为1 064 nm的纳秒激光器脉冲模式和连续模式分别对玻璃纤维增强树脂基复合材料表面涂覆的浅灰色防雨蚀涂层和抗静电涂层进行激光清洗实验,研究不同模式下激光参数对清洗效果的影响规律。通过SEM观察清洗后材料表面及清洗产物的微观形貌,运用EDS、FTIR分别检测清洗前后材料表面元素含量与化学官能团,采用COMSOL Multiphysics对清洗过程中的温度场进行分析。结果表明：去除单层抗静电涂层时,脉冲激光能完全去除该涂层且防雨蚀涂层损伤较小;去除双层涂层时,脉冲激光作用下试板表面有残余涂层,且易损伤下层清漆、树脂和纤维,而连续激光则可完全去除表面双层涂层,获得清洁的清漆表面。脉冲模式的去除机制主要为热弹性振动效应,连续模式下涂层的去除机制主要为热烧蚀效应。研究结果可为航空复合材料表面激光脱漆技术的激光模式选择提供参考。     

激光清洗轮胎模具表面橡胶层的机理与工艺研究

研究了运用脉冲激光清洗橡胶轮胎印字模具表面橡胶层的工艺参数与机理.结果表明,工艺参数适当时,脉冲激光能完全清洗模具表面而不损伤基体.激光清洗存在着清洗阈值和损伤阈值.在起始清洗阈值和完全清洗阈值之间,清洁率随着激光能量密度的升高而增大.在完全清洗阈值与损伤阈值之间,基体表面清洁率保持100%而且不受任何损伤.激光清洗橡胶的机理有二:一为激光产生的高温导致橡胶表层瞬间燃烧和气化;二为橡胶深层受热振动和激光脉冲的热冲击作用使铝片表面橡胶颗粒飞溅.