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。     

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。     

飞机蒙皮激光除漆技术工程化应用的现状与展望(特邀)

激光除漆技术具有高效环保、安全性高、可实时监测和易实现自动化除漆等优势,有望成为飞机整机除漆的主要途径之一。文中首先对激光除漆技术的主要方法和机理进行了分析。其次,总结了各工艺参数对飞机蒙皮激光除漆效果的影响规律,提出了工程化激光除漆工艺参数的设计思路,借助某型飞机金属蒙皮除漆结果验证了设计思路的效用性;并对激光除漆效果评价方法和现有技术标准情况进行了介绍。最后,归纳了飞机整机蒙皮激光除漆的应用实例,展望了激光除漆技术未来的研究方向和重点。     

有限元法移动激光除漆的温度场分析与实验研究

为了研究脉冲激光去除金属表面漆膜的过程,采用有限元法建立模型,模拟了喷有漆膜的不锈钢样品表面在移动脉冲激光作用下的温度场,研究了不同时刻漆膜表面的温度场分布以及激光参量对漆膜表面温度场的影响,并做了相关对比实验。结果表明,漆膜表面温度随激光源的移动而变化,温度场呈现带尾的彗星状;漆膜表面的温度随激光能流密度和激光重复率的增加而线性增加,随着扫描速率的增加而指数递减;激光能流密度和激光重复率越大而激光扫描速率越小时,激光除漆效率越高;温度的累积效应可以提高除漆的效率。该结果可以为实际激光除漆过程中激光参量的选取提供参考。     

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。     

基于机器视觉的嵌入式铝合金激光除漆检测系统

针对自动化激光除漆领域铝合金表面除漆质量无法快速检测这一问题,设计了基于机器视觉的嵌入式铝合金激光除漆检测系统,嵌入式系统采用工业相机实时采集工作画面;基于Wi-Fi(wireless fidelity)无线模块,通过RTP(real-time transport protocol)和UDP(user datagram protocol)协议实现了工作画面的实时传输,通过TCP(transmission control protocol)协议实现了指令与检测数据的可靠传输;利用机器视觉算法实现了除漆不合格区域的准确检测,实际测试表明,嵌入式激光除漆检测系统能够稳定地传输工作画面、指令与检测数据,可快速、高效地识别除漆不合格区域,检测准确率94%以上。     

飞机铝合金蒙皮激光除漆及其热影响研究

相对于化学溶剂、手工打磨与喷丸等民机蒙皮除漆方法,激光除漆具有非接触式、高效、清洁等一系列优势。而飞机蒙皮激光除漆过程中,铝合金蒙皮基体由于吸收部分激光能量可能会遭受热影响损伤。论文采用激光能量密度分别为6.12 J/cm2、12.22 J/cm2、18.34 J/cm2的光纤激光对2024 T-3铝合金表面漆层进行清除,采用红外热像仪(非接触式)结合粘贴热电偶(接触式)方式,对铝合金蒙皮表面激光除漆时基体材料温度进行适时记录,并对除漆后基体表面微观结构及除漆后氧化层进行测试分析。结果表明,激光工艺可实现铝合金蒙皮表面漆层的彻底清除,相应的基体最高温度分布分别为49.11 ℃、48.88 ℃、68.54 ℃。表面氧化层厚度略有下降,但表面微观结构无明显变化,说明采用合适的激光除漆工艺参数,在去除漆层的同时未造成铝合金基体热损伤,激光除漆工艺可行。     

基于PLS的飞机CFRP激光除漆LIBS监测判据研究

激光分层除漆的可靠性与可控性依赖于有效的在线监测技术,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术能有效监控激光除漆过程。本文采用激光去除飞机碳纤维复合材料(CFRP)表面漆层,并基于高重频激光除漆LIBS在线监测平台,在线采集除漆过程所激发的面漆和底漆2类光谱共60组。分别建立了基于主成分分析(PCA)和偏最小二乘法(PLS)的判别和预测模型,研究了激光分层除漆过程中LIBS光谱的分类判别。PCA模型前两个主成分累计贡献率达到了79.2%,PLS-DA模型前两个主成分累计贡献率达到了85.5%。PLS回归模型校正标准差(RMSEE)为0.142923,均方根误差(RMSEcv)为0.152053,模型的预测标准差(RMSEP)为0.142421,对20组激光清洗面漆和底漆的混合数据集进行预测,预测准确率达100%。结果表明PLS判别模型比PCA模型分类判别效果更好,PLS预测模型实时评估和自动分类漆层具有较好的预测精度。本研究可为LIBS在线监测激光除漆过程,实现自动化、智能化的激光除漆提供技术支持。     

基于响应面分析的飞机蒙皮激光除漆可控性研究

随着飞机蒙皮“部分褪漆”维修理念的提出,多漆层结构激光除漆的可控性值得关注。基于响应面分析方法,建立了激光参数（光斑搭接率、激光功率及扫描次数）与可控性指标（漆层去除厚度、表面粗糙度）间的数学模型,分析了激光多参数耦合作用对可控性指标的影响规律。结果表明：激光参数对漆层去除厚度的影响顺序依次为扫描次数、激光功率、光斑搭接率,且均为正相关;表面粗糙度随光斑搭接率的增大而减小,随激光功率的增大而增大,扫描次数对表面粗糙度的影响具有峰值效应。验证试验结果表明：响应面模型可为厚度精度为±5μm的激光可控除漆提供参考。基于响应面分析方法建立的多漆层结构激光可控清除数学模型,可为飞机蒙皮漆层的激光可控清除提供方法指导与理论支撑。     

纳秒激光去除铝板表面漆膜热力学过程分析

为了研究并分析纳秒脉冲激光去除金属表面漆膜的机理,采用1064nm的纳秒激光对涂有漆膜的铝板样品进行了单脉冲辐照实验。依据热传导理论分别模拟出作用过程中漆膜以及铝板表层的温度分布,计算出漆膜与铝板界面处由于铝板基底热膨胀而产生的分离力,并分析了等离子体冲击波对去除漆膜的影响。结果表明,纳秒激光去除漆膜时力的作用为主导,其中热膨胀产生的分离力为漆膜的去除提供必要条件,漆膜对激光等离子体的约束最终导致其自身断裂和剥落。采用热力学理论对纳秒激光去除金属表面漆膜机理进行分析是可行的。     

轴快流CO2激光脱漆的实验研究

为了获得工艺参数对激光清洗金属表面油漆层效果的影响,采用波长为10.6μm的轴快流CO2激光去除铝板表面的油漆层,研究了激光功率密度、扫描速度及扫描道间搭接量与油漆去除效果之间的关系.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.     

TEA CO2激光脱漆实验研究

本文对激光脱漆技术中的一个关键问题———激光能量密度对脱漆效率的影响,进行了实验研究。给出了TEA CO2激光对基底为LYl2的样品进行激光脱漆的实验数据。结果表明,对于本实验所用的样品而言,当激光能量密度为6-8J/cm2之间时,脱漆效率最高,脱漆速度最快。     

纳秒脉宽激光烧蚀典型金属推进性能实验研究

为研究不同金属材料的激光烧蚀推进性能,对常见的七种金属材料:Al,Fe,Ni,Cu,Y,Ag,Au,使用波长1064 nm,脉宽8ns的Nd:YAG激光器在大气下进行烧蚀,测量了烧蚀质量、冲量、冲量耦合系数、比冲和能量转化效率等推进性能参数,获得了激光功率密度对推进性能的影响规律.实验结果表明:相同激光功率密度下,Fe...     

基于贝叶斯判别的激光除漆声学监测方法研究

为了解决激光除漆声学监测方法难以满足实际生产需要的问题,采用贝叶斯判别方法进行了理论分析和实验验证,将除漆过程分为正在清洗、清洗完成且基底无损伤、基底损伤3种类别,结合光声效应分析除漆声信号在清洗过程的变化,提取特征参量建立判别模型,实现了对激光除漆的定量判别。结果表明,训练样本准确率达到99%,测试样本准确率达到98.7%。该方法具有较高的准确性和实用性,可为激光清洗声学监测的研究提供借鉴。     

266nm纳秒固体激光在CH薄膜上打孔的工艺实验研究

为了研究266nm纳秒固体激光在CH膜上打孔的工艺规律和材料去除机理, 采用单因素控制变量的方法, 进行了单脉冲和多脉冲打孔的实验研究, 分析了266nm纳秒固体激光对CH膜材料的去除机理; 取得了激光脉冲能量、脉冲数量对孔径和孔深影响规律的数据。结果表明, 单脉冲打孔条件下, 当激光脉冲能量为0.014mJ时, 微孔直径和深度最小, 当激光脉冲能量为0.326mJ时, 微孔直径和深度最大, 孔径和孔深随着激光脉冲能量的增大而增大; 多脉冲打孔条件下, 当激光脉冲能量较低时, 激光对CH膜的单脉冲烧蚀率约为0.56μm/pulse, 当激光脉冲能量较高时, 激光对CH膜的单脉冲烧蚀率约为1μm/pulse, 孔径和孔深随着激光脉冲数量的增加而增大; 266nm纳秒固体激光在CH膜上打孔时的微孔形状规则, 大小均匀, 微孔周围无残渣、碎屑等抛出物, 边缘无热影响区, 可推断其材料去除机理主要为"光化学蚀除"。该研究对266nm纳秒固体激光加工CH膜的应用具有一定的参考意义。     

干拉法制备散射偏光片实验研究

散射偏光片是一种外观半透明略带雾度状态的新型光学功能薄膜材料。当自然光入射,一半光透射,一半光散射。这种散射偏光片在透明投影屏幕上具有应用前景,但还没有实现产业化。本文采用干法拉伸聚乙烯醇掺杂液晶(PVA∶LC)制备散射偏光片。首先,配制聚乙烯醇掺杂液晶水溶液乳胶,在平板玻璃上通过流延晾干成膜;然后采用小型拉伸机,边烘烤加热边拉伸至原长的4倍左右,制备出散射偏光片样品;最后,通过实验测试得出样品的透光率40%,偏振度57%。以样品作屏幕观察投影效果,结果显示投影偏振光与样品透光轴正交背投影效果最好。本文对于实现散射偏光片的产业化研究具有重要参考意义。     

紫外激光切割Si片的实验研究

报道了用193nm准分子激光切割硅片的实验结果。采用柱透镜光学系统及“热劈裂法”获得小于15μm的切缝及小于5μm的切面不平整度。     

纳秒激光雕刻柱塞表面工艺参数研究

采用纳秒激光在压裂泵柱塞表面进行激光雕刻实验,考虑激光功率、扫描速度、烧结次数、移动路径4种工艺参数,借助白光干涉仪获得雕刻后的织构三维形状及其几何尺寸,对比分析各工艺参数对织构体积的影响。研究结果表明:增加激光功率可以显式提高柱塞表面织构的体积;激光扫描速度对织构体积的影响程度随速度的增加而降低;适当增加烧结次数可以实现对烧蚀体积微弱修正;采用弓形路径相比环形路径所获得的烧蚀体积增量较大。