金屬表面激光清洗用激光器波長(zhǎng)在1060-1080nm波段，為近紅外不可見(jiàn)光，按激光輸出模式分為連續(xù)光和脈沖光，連續(xù)激光清洗主要靠激光熱燒蝕作用，使污染物在高功率下燒蝕揮發(fā)。脈沖激光清洗原理是利用激光脈沖在激光焦點(diǎn)處擊穿空氣產(chǎn)生的等離子體對(duì)工件的壓力沖擊，此外百納秒脈沖的瞬時(shí)熱效應(yīng)會(huì)在接合面產(chǎn)生熱膨脹力，結(jié)合沖擊振動(dòng)使污物剝離。脈沖激光按照光斑的能量密度分布，可分為高斯光斑激光和平頂光斑激光，高斯光即光束強(qiáng)度在空間上呈現(xiàn)高斯分布，這樣的光束具有中間強(qiáng)度高，往外沿著高斯輪廓逐漸下降。高斯光束的能量分布較為不均勻，光斑比較小，中間能量過(guò)高，清洗會(huì)對(duì)基材造成較大損傷，一般適用于對(duì)基材要求不高的工況環(huán)境。與高斯激光束相比，平頂激光束能更有效地利用能量，平頂光束輪廓中沒(méi)有兩翼，但具有較陡的邊緣過(guò)渡，因此能量利用效率更高，并且對(duì)周?chē)鷧^(qū)域的損傷也會(huì)減少。平頂激光光斑直徑較大，清洗對(duì)基材損傷程度較小，適用于對(duì)基材要求較高的工況。圖2 高斯激光和平頂激光強(qiáng)度對(duì)比二、不同類型光斑激光清洗氧化層試驗(yàn)驗(yàn)證
驗(yàn)證平均功率200W的高斯光斑、平頂光斑脈沖激光清洗設(shè)備對(duì)鋁合金表面氧化層處理效果。試驗(yàn)采用高速列車(chē)車(chē)體常用的軋制成型高強(qiáng)鋁合金A6N01S-T5 板材，熱處理方式為高溫成型過(guò)程冷卻加自然時(shí)效（T5），厚度為5 mm。線切割成20mm*20mm*5mm樣件。試驗(yàn)采用山東產(chǎn)研強(qiáng)遠(yuǎn)激光科技有限公司QYCL-FP200、QYCL-FP200A類型脈沖激光清洗機(jī)，分別對(duì)鋁合金表面氧化層清洗效果進(jìn)行驗(yàn)證，清洗后采用日本電子JSM-7610F掃描電子顯微鏡對(duì)表面元素含量進(jìn)行檢測(cè)。采用200W、800mm/min速度對(duì)樣件開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下：通過(guò)宏觀觀察，平頂光斑激光清洗后較原樣件明顯，但在同樣清洗速度下較高斯光斑暗。通過(guò)微觀觀察，平頂光斑激光清洗后較原樣及高斯光斑清洗后平坦，說(shuō)明平頂光斑清洗后表面粗糙度低，對(duì)材料損傷較小。圖 清洗后微觀形貌（從左到右依次為未清洗、平頂光斑、高斯光斑效果）采用日本電子JSM-7610F掃描電子顯微鏡對(duì)表面元素含量進(jìn)行檢測(cè)，具體結(jié)果如下：通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，平頂光斑激光清洗后較原樣件氧、碳元素含量下降明顯，同樣清洗速度高斯光斑激光清洗效果更佳。兩種類型激光宏觀上都可以去除表面氧化層，高斯光斑激光清洗后對(duì)鋁合金損傷程度較大，清洗的比較徹底。平頂光斑清洗后表面粗糙度較低，對(duì)基材損傷程度較低，同等參數(shù)下較高斯光斑清洗效果差。根據(jù)不同光斑類型設(shè)備特點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)景也不同，平頂光斑激光清洗適用于對(duì)基材要求比較高的場(chǎng)景，例如模具、電子、航空航天核心器件、汽車(chē)零部件、密封器件，清洗后不改變基材尺寸及狀態(tài)。高斯光斑激光清洗適用于結(jié)合比較頑固且對(duì)基材要求不高的場(chǎng)景，例如金屬表面氧化層去除、材料噴漆前表面處理、工件翻新等。據(jù)資料顯示，山東產(chǎn)研強(qiáng)遠(yuǎn)激光科技有限公司注冊(cè)資本8036萬(wàn)元，是一家專注于激光清洗/焊接設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及綜合解決方案的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)。公司作為山東省科學(xué)院激光研究所、山東產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院、山東省科創(chuàng)集團(tuán)有限公司股權(quán)投資企業(yè)，擁有光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、材料學(xué)等多學(xué)科專業(yè)組成的博士創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，公司在激光清洗/焊接關(guān)鍵核心器件、工藝方法、智能控制、成套自動(dòng)化解決方案擁有國(guó)內(nèi)外核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)50余項(xiàng)，相關(guān)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航天航空、軌道交通、輪胎模具等行業(yè)。
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