船舶建造领域激光除锈技术研究与应用现状

绿色造船作为船舶建造行业发展的重要方向,随着造船行业环保法规与材料表面除锈质量要求的提升,传统除锈方法在不同程度上存在的除锈效率低,粉尘、噪声、VOCs污染严重,基材返锈与职业病危害严重等问题逐渐凸显.激光清洗作为一种高效、环保、无损的除锈方法,近几年成为船舶建造领域的研究热点之一.文章总结了近年来国内外船舶建造领域激...     

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。     

2024铝合金激光除漆参数优化及表面性能分析

为提高激光除漆效率与质量,采用响应面分析法对激光除漆后基体表面粗糙度进行优化研究。通过建立激光除漆工艺参数二次多项式回归模型,验证模型适应性,进一步对比分析最优参数除漆后的基体表面性能。结果表明,激光功率与激光频率对基体表面粗糙度影响显著,扫描速度与扫描次数对表面粗糙度影响较小。当2024铝合金基体的油漆厚度为100μm时,响应曲面分析法得出的最优参数为：激光功率45 W、激光频率400 kHz、激光扫描速度600 mm/s、扫描次数6次。试验测得除漆后基体表面粗糙度S_a为1.739μm,仿真与试验误差率仅有0.6%。对比发现,激光除漆后基体表面宏观形貌高低不平、存在激光扫描痕迹,表面粗糙度S_a从1.319μm增加到1.739μm。从微观层面发现基体表面存在钝化层与隆起的熔融物,局部区域更加光滑平整,基体化学成分没有改变。激光除漆后基体显微硬度从平均141.59 HV降低到130.37 HV,腐蚀速率由原来的0.008 852 0 mm/a减小到0.002 340 4 mm/a,基体显微硬度降低,耐腐性提高。虽然激光除漆后基体表面形貌与表面性...     

22SiMn2TiB装甲钢激光切割试验研究

针对切割后的板料表侧面质量差,拼焊时因两板间隙产生挂渣、过烧和熔滴等问题,对5mm厚的22SiMn2TiB装甲钢进行了激光切割实验研究,讨论了激光功率、切割速度、离焦量、喷嘴孔径和辅助气体压力等5个工艺参数对切割后板料表侧面质量影响的规律。实验结果表明:激光切割22SiMn2TiB装甲钢时,调整上述5个工艺参数在合理范围内时,未产生挂渣、过烧和熔滴等缺陷。最后通过工艺优化得到了激光切割22SiMn2TiB装甲钢最佳工艺参数为切割速度2 000mm/min、激光功率2 200 W、离焦量1mm、喷嘴孔径1.5mm、辅助气体压力0.15 MPa。     

基于BP神经网络的20CrMo钢激光强化工艺参数优化控制

以激光功率P、光斑直径D、扫描速度V等为输入参数,非相变硬化处理、相变硬化处理和熔凝处理等为输出参数,对材料为20CrMo合金结构钢进行激光强化处理工艺控制优化研究。通过大量试验与计算机模拟分析和对比,建立了激光工作参数与材料表面强化关系的BP神经网络工艺优化模型。经过与实验数据的比较,运用该模型可以方便、准确地选择激光工艺参数,控制材料表面强化类别和保证工作表面的质量,真实反映了激光加工工艺规律。     

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。     

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。     

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。     

紫外纳秒激光加工金刚石微槽工艺参数优化研究

金刚石微槽在微电子散热器件和光学器件等领域都有非常大的潜在应用价值。系统研究了激光脉冲能量、扫描速度、扫描次数、重复频率和离焦量对金刚石微槽形貌、微槽宽度、微槽深度及微槽深度与宽度的比值的影响规律。研究结果表明,金刚石微槽的深度与激光脉冲能量、扫描次数呈正相关,随着激光脉冲能量和扫描次数的增大,微槽深度逐渐增加,并且当激光脉冲能量达到200μJ,扫描次数增加到30时,微槽深度趋于稳定;金刚石微槽的深度与扫描速度呈负相关,当扫描速度为5 mm/s时,可获得深度较大的微槽;微槽的深度随着激光重复频率的增大而增加,当激光重复频率达到60 kHz时,微槽的深度趋于稳定。当离焦量从负值变化到正值时,微槽的深度先增加后减小,当离焦量为-1 mm时,微槽的深度达到最大。在激光脉冲能量为200μJ,扫描速度为5 mm/s,扫描次数为30,重复频率为60 kHz,离焦量为-1 mm的优化参数下,能够获得微槽深度与微槽宽度的比值大于12的金刚石微槽。     

激光相变硬化工艺参数的选择

激光在工业应用中,相变硬化是一个重要方面。其工艺选择直接影响着相变硬化层的深度和宽度。从热传导基本方程出发,得出了相变硬化过程中工艺参数(激光功率、光斑直径、离焦量、扫描速度)与硬化层深度、宽度之间的关系。用编制的工艺参数选择的计算机软件计算的结果与实验结果进行了比较,其相对误差为:硬化层宽度平均相对误差为3.7%,硬化层深度为18.7%。     

激光参量对碳钢表面清洗质量的影响

为了研究激光工艺参量对碳钢表面锈蚀污染层清洗质量的影响规律,采用Nd:YAG准连续激光器对Q235钢板试样进行了激光除锈清洗试验,并观测了试样表面清洗质量.分析了激光清洗污染物烧蚀的工作机理,并试验研究了激光能量密度、扫描速率、扫描宽度、离焦量和重复频率等工艺参量对清洗质量的影响,在此基础上进行了正交试验;通过对激光清...     

激光化学复合抛光工艺参量对304不锈钢性能的影响

为了提高304不锈钢表面抛光质量，采用激光化学复合抛光的方法分别在纯净水和抛光液中对304不锈钢进行抛光实验研究，并对1064nm激光的加工功率和扫描次数对加工区域表面形貌和表面质量的影响进行了分析。气泡对抛光液在不锈钢表面形成的钝化膜产生破坏作用，造成抛光效果不均匀，表面粗糙度增大。结果表明，在抛光液中的激光抛光在抑制表面氧化发黑的同时，能够显著改善表面形貌，表面粗糙度由0.845μm下降到0.181μm；激光化学复合抛光304不锈钢表面质量与抛光功率和扫描次数有密切关系；当抛光功率过高或者扫描次数过大时，304不锈钢表面会产生大量气泡。采用激光化学复合抛光，可以提高不锈钢抛光质量、减少环境污染，该方法具有极大的应用前景。     

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。     

Contact angle evaluation for laser cleaning efficiency

A laser cleaning technique using an excimer laser is introduced to remove the photoresist on a Si wafer surface and its cleaning characteristics have been investigated. To analyse the cleaning efficiency quantitatively, a scanning electronic microscope, energy dispersive spectroscope, surface scanner and contact angle measurement were employed. Among these methods, it was confirmed experimentally that the contact angle measurement could be applicable to analyse the laser cleaning efficiency effectively owing to its speed of measurement and low measurement cost.     

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.     

溶胶-凝胶膜光学表面激光清洗工艺研究

为了解决光学元件表面的颗粒污染问题，在单发次激光干式清洗的基础上，提出了气流置换系统辅助的激光清洗方法，使用波长为355nm的Nd:YAG激光器，针对镀溶胶-凝胶SiO₂薄膜熔石英光学表面粒径为1μm~50μm的典型SiO₂颗粒污染物，进行了理论分析和清洗实验，取得了可用于激光清洗的工艺参量。结果表明，对于镀溶胶-凝胶膜熔石英样品的单发激光干式清洗，最佳激光能量密度为2.29J/cm2，与未镀膜石英的激光清洗工艺参量存在一定差异；在最佳工艺参量下，单发次激光清洗对于粒径1μm以上的SiO₂颗粒清洗效果明显，移除率可达82.96%；当污染密度过高时会导致清洗效果的减弱及对基底的损伤，而气流置换系统辅助的激光清洗方法可进一步增强对光学表面颗粒污染的去除效果。该研究对大型高功率固体激光装置中的光学元件在线清洗及清洗装备的设计具有重要的研究意义与实用价值。     

20^#钢表面熔敷WC—SiC—Co的激光处理性能研究

本文介绍了用一台２ｋＷ ＣＯ２激光器在２０＾＃钢表面涂敷ＷＣ－ＳｉＣ－Ｃｏ进行激光熔敷的实验。对涂敷层进行了物相、显微组织形貌、硬度及耐磨性能等多方面的测试和分析。结果表明，把高性能材料熔敷在碳钢表面上，使得低质钢材表面的化学成份、显微组织发生了根本性的变化，而表面的硬度及耐磨性能均得到了很大的提高。     

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。