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。     

激光清洗监测技术研究进展(特邀)

激光清洗技术具有非接触、精度高、对基材损伤小、绿色环保等众多优点,在智能制造中发挥越来越重要的作用。随着激光清洗技术的发展,对激光清洗质量的快速检测及精准评价的需求越来越迫切。在激光清洗过程中,激光与待清洗层、基底发生作用,通过采集分析激光与物质相互作用过程中产生的光、声等信号和表面特性变化,可以实现对清洗过程和清洗效果的实时表征,完成对激光清洗的监控,目前逐渐被广泛地应用到自动化激光精密清洗过程中。文中分析和总结了声波监测法、光谱监测法和图像监测法等激光清洗监测技术的工作原理及研究进展,展望了激光清洗监测技术的未来发展趋势。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

激光器工程化与清洗应用中的技术突破(特邀)

文中介绍了千瓦级准连续全固态激光清洗样机研发的关键技术。激光清洗工程样机配合三维龙门运动平台形成激光清洗工业平台。简介针对钢轨表面除锈和飞机复合材料蒙皮除漆的激光清洗机制模型,从样品识别、过程监测、结果检测三方面介绍激光清洗监控方法。对60钢轨激光除锈和飞机铝制蒙皮光进行除漆,笔者课题组获得了激光清洗的最佳工艺参数,清洗效率指标通过专家测试。     

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。     

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。     

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。     

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。