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。     

激光除漆技术数值模拟与实验研究

通过研究资料对激光清洗漆层作用原理进行分析。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。对5052铝合金表面漆层脱离应力进行测定和仿真结果进行验证,实验表明在扫描速度为1200mm/s时激光清洗漆层所产生的温度场和应力场去除效果最好,在扫描速度为200～1000mm/s时由于等离子体屏蔽效应导致漆层对激光的吸收率降低,实验结果验证了在高速扫描、等离子体屏蔽效应影响较小时仿真模型的正确性,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。     

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。     

5083铝合金阳极氧化膜激光清洗工艺研究

采用纳秒脉冲光纤激光器对5083铝合金阳极氧化膜进行清洗，对清洗试样的表面形貌、表面粗糙度、元素组成和含量、清洗率及清洗机制等进行分析。研究表明，脉冲频率影响扫描振镜方向的光斑搭接率，激光行进速度影响清洗方向的光斑搭接率，在过高的激光能量下清除氧化膜时会造成基体二次氧化。工艺参数对表面粗糙度的影响规律不同，表面粗糙度随单脉冲能量的增加先增大后减小，随脉冲频率的增加出现两次先减小后增大，随激光行进速度的增加先增大后减小再增大。当单脉冲能量为100 mJ、脉冲频率为9.67 kHz、扫描振镜速度为4000 mm/s、激光行进速度为6.5 mm/s时，5.27μm厚的氧化膜几乎被清洗干净，表面粗糙度为Sa=0.608μm，优于机械打磨表面粗糙度（1.18μm），清洗率达97.14%，与参数优化前相比清洗率提升了2.43%。激光清除5083铝合金氧化膜的机制为热烧蚀、弹性振动剥离和孔洞爆破。     

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。     

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。     

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。     

激光清洗2A12铝合金复合漆层的技术研究

采用脉冲激光器对2A12铝合金基体表面涂覆的环氧树脂底漆与丙烯酸聚氨酯面漆进行激光清洗试验,针对激光清洗表面的形貌、粗糙度及元素含量进行分析。结果表明：在激光能量密度和激光扫描速度分别为4.45 J/cm²和8 mm/s时,能完全去除面漆且底漆保留完好,并获得了最接近底漆层原始厚度的残余漆层;在此激光能量密度下,当激光扫描速度为5.5 mm/s时,能完全去除复合漆层,且此时阳极氧化膜层的微观形貌完好,氧元素质量分数约为40%,清洗表面的粗糙度R_a=1.138μm。当参数组合为3.56 J/cm²和6 mm/s时,也能完全去除面漆且底漆保留较好;当激光能量密度为4 J/cm²和激光扫描速度为5 mm/s时,能完全去除复合漆层,此时阳极氧化膜表面上氧元素的质量分数约为34%。本研究证明了通过选择合适的激光工艺参数组合能够调控激光清洗质量,验证了激光分层清洗的可行性。     

激光清洗7075铝合金轮胎模具表面质量优化分析

使用脉冲光纤激光器对铝合金轮胎模具表面污染物的清除有助于提高轮胎生产的质量,延长轮胎的使用寿命。研究不同能量密度和扫描速度下激光清洗的效果,通过扫描电镜观察每次清洗后材料的表面形貌,使用SHR112便携式粗糙度仪测量每次清洗后试件的表面粗糙度,得到最优参数,通过能谱仪分析最优参数下实验前后材料表面元素变化情况。实验表明,在激光功率为25 W,激光重复频率为50 kHz,激光能量密度为25.5 J/cm²,扫描速度为120 cm/s时,可完全清除污渍,最终材料表面粗糙度约为3.17μm,符合行业标准。清洗过后试件表面O、S含量降低,Al含量升高。该实验的完成有效合理地对铝合金表面进行了清洗。     

基于COMSOL的激光清洗2219铝合金漆层工艺研究

利用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立2219铝合金板表面环氧聚酰胺底漆有限元模型,并在其表面加载经典高斯脉冲热源模拟激光清洗过程。探究了清洗参数的变化对漆层温度场、不同漆层厚度清洗效果及烧蚀深度的影响,通过对仿真结果分析发现,当重复频率为25kHz,功率20W时,在不损伤铝合金基体的前提下,搭接率50和60均能够完全清除环氧聚酰胺底漆。使用型号CETC26thPEL脉冲光纤激光器对实物进行清洗,并利用超景深显微镜观察材料表面微观形貌,发现当能量密度为2294J/cm2时,清洗过程中会损伤铝合金基体,搭接率为70会使得材料表面的粗糙度增大影响涂装性能,研究结果为激光清洗高强度铝合金漆层提供一定的理论与实验基础。     

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。     

铝合金蒙皮激光除漆后新漆层的耐高温性能研究

在实际飞行环境中温度是引起漆层失效的重要因素之一,飞机在长时间服役后需去除老化漆层以便喷涂新漆层,确保飞机运行的安全性和可靠性。本文采用波长为1064 nm的平顶脉冲激光对铝合金蒙皮表面漆层进行清洗,并对铝合金蒙皮激光除漆后新漆层进行高温加速老化,模拟飞机停场时铝合金漆层系统的耐高温性。采用扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜、附着力测试仪以及电化学工作站,综合评价了激光除漆效果及新漆层表面形貌、漆层与铝合金的附着力、电化学阻抗特性等耐温性指标。结果表明：激光功率500 W、扫描速度4000mm/s、扫描间距0.1 mm时可将铝合金表面漆层去除且不损伤铝合金,重新喷涂后的附着力达到0级且附着力时效性能较好;150℃加速老化48 h的漆层附着力为1级,漆层表面微观形貌无明显变化、漆层光滑平整、无缺陷且低频区域电化学阻抗模值>10⁹Ω·cm²。     

纳秒激光干式除漆的试验研究

随着国家对环保的要求越来越高,急需一种绿色环保的新方法来解决钢结构在去除老旧漆层上的问题。本文采用纳秒激光对除漆进行研究,探究了不同激光工艺参数(功率、频率、扫描速度及扫描次数)对Fe元素重量百分比和表面粗糙度的影响规律。结果表明:在预设的参数范围内,振镜扫描速度的变化对Fe元素重量百分比和表面粗糙度的影响最为显著。并确定了较佳的除漆参数:功率70W,振镜扫描速度1100mm/s,激光频率80kHz,扫描次数2次,得到了粗糙度在50～100μm之间且无漆层残留的加工效果。     

不同时间尺度的激光对铝合金表面油漆层清洗质量的影响

分别采用毫秒级和纳秒级脉冲宽度的激光对2024铝合金表面环氧油漆涂层进行激光清洗实验,使用高速摄像机对激光清洗过程进行监测,分析了清洗后试样表面的宏观与微观形貌。结果表明这两种激光在合适的工艺参数下均能有效去除涂层,获得清洁的基材表面,但二者的除漆特性有较大区别。纳秒脉冲激光除漆的能量效率远高于毫秒脉冲激光。经毫秒级CO_2激光清洗后试样表面残留一层黑色炭灰,该物质为油漆涂层的燃烧产物,清洗过程中基材表面不容易发生熔化。纳秒脉冲激光清洗过程中产生了较强的等离子体,有大块的漆层碎片从基材表面剥离,当激光功率高于250 W时基材表面发生明显重熔。结合热弹性振动模型与热传导模型,对两种激光除漆过程的物理机制进行了探讨,发现毫秒脉冲激光除漆的主要机制为气化与燃烧效应,而纳秒脉冲激光除漆的主要机制为热弹性振动效应。     

聚晶金刚石表面微结构的激光加工实验

表面微结构刀具对改善刀-工摩擦接触状态、刀具磨损及抗黏附性方面具有积极作用。在聚晶金刚石刀具表面,利用光纤激光器进行了不同形状的微结构加工,并分析了扫描速度、脉冲频率和平均输出功率等不同工艺参数对微沟槽形貌和质量的影响。实验结果表明:随着平均输出功率和脉冲频率的增加,微沟槽宽度和深度分别表现出增大和减小的趋势;采用较小的扫描速度和和较大的平均输出功率能够降低沟槽侧壁粗糙度,改善微沟槽的形貌质量。     

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.     

纳秒脉冲激光清洗扫描速度对TC4钛合金表面氧化膜清洗质量的影响

采用纳秒脉冲激光器对TC4钛合金表面的氧化膜及油污进行激光清洗，研究了扫描速度对清洗后试样表面形貌、成分、元素含量及价态的影响规律，并分析了扫描速度对表面粗糙度、硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明：当扫描速度为500 mm/s时，激光对基体的损伤大且会发生热氧化，表面形成TiO,O含量较高。随着扫描速度由3000 mm/s增加至10000 mm/s，表面逐渐变得光滑平整，O含量先降低后升高，Ti含量则先升高后降低。当扫描速度为9000 mm/s时，表面Ti含量(质量分数)达到最大值84.24%,O含量(质量分数)降至最小值4.54%，且粗糙度(R_a)最低约为0.907μm，清洗效果最佳。扫描速度的增加使清洗后表面的粗糙度先升高后降低。此外，激光清洗可使TC4钛合金表面的硬度和耐腐蚀性能有所提高。     

纯铝设备线夹表面氧化层激光清洗工艺研究

针对纯铝设备线夹表面氧化层的清理需求,研究纳秒脉冲激光清洗纯铝设备线夹表面氧化层的工艺。通过不同工艺参数下的对比试验,研究不同功率和光斑叠加率对激光清洗效果和清洗效率的影响。在高效率激光清洗的前提下,通过研究不同重复频率和扫描次数对激光清洗效果的影响,进一步优化纯铝设备线夹表面氧化层激光清洗工艺。结果表明：在高功率、50%的光斑叠加率工艺设定下,氧化污染表面具有良好及高效的清洗效果;在上述基础工艺上,优化重复频率和扫描次数,能进一步提升表面的清洗效果;过高的功率、光斑叠加率及扫描次数,均会造成表面的过清洗。     

车轴激光清洗表面质量分析及在线评估

基于高铁转向架轮对在高级检修过程中的漆层去除需求，采用激光清洗技术对高强钢表面漆层进行去除，研究不同功率下漆膜的去除状况，分析不同清洗状态下工件表面的宏观、微观形貌及成分变化；之后，采用机器视觉技术提取工件表面状态图像并进行处理，提取出黑、白像素点的差异并将其作为特征值对工件表面的清洗状态进行判定，为高强钢表面漆层的去除提供了实用的工艺参数及检测方法。