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激光清洗时氟碳铝粉漆层表面粗糙度的分析及其对激光吸收的影响

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焊接学报 2024年第3期45卷 43-53,I0005页

作者：朱明张豪石坤侯宵飞石玗兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050 兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室兰州730050

激光清洗2024铝合金飞机蒙皮表面漆层过程中,粗糙表面的形成与演化会对漆层与激光的热交互作用及漆层去除机理产生较大的影响.1 064 nm脉冲激光逐层除漆过程中,分析了漆层表面形貌与粗糙程度的变化,研究了粗糙表面的产生机理及其演化规... 详细信息

激光清洗2024铝合金飞机蒙皮表面漆层过程中,粗糙表面的形成与演化会对漆层与激光的热交互作用及漆层去除机理产生较大的影响.1 064 nm脉冲激光逐层除漆过程中,分析了漆层表面形貌与粗糙程度的变化,研究了粗糙表面的产生机理及其演化规律,并通过建立漆层粗糙表面等效分析模型计算分析了漆层粗糙表面对激光吸收率的影响规律.结果表明,激光除漆过程中不同的去除机理作用后漆层均会出现粗糙表面,且粗糙表面的演化存在一定的规律;逐层除漆时,漆层粗糙表面对激光吸收率有明显增加作用,在激光作用7次后漆层粗糙表面对激光的吸收率增加了32.8%,如果采用固定的初始激光清洗工艺,会因吸收率增大导致铝合金基材产生损伤行为.

关键词：激光清洗铝合金漆层粗糙表面吸收率

激光清洗对铝合金表面后续涂胶效果的影响规律研究

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表面技术 2024年第13期53卷 198-206页

作者：丁尧臣王明娣罗贵峰章轩汤雨晴苏州大学机电工程学院江苏苏州215000

目的研究激光清洗的工艺参数调整对表面后续涂胶效果的影响规律。方法采用100 W脉冲激光器对5754铝合金板进行表面清洗,研究并分析激光频率、扫描速度对铝合金表面性能的影响。采用达因液检测试样表面能,并测量接触角、表面粗糙度及胶... 详细信息

目的研究激光清洗的工艺参数调整对表面后续涂胶效果的影响规律。方法采用100 W脉冲激光器对5754铝合金板进行表面清洗,研究并分析激光频率、扫描速度对铝合金表面性能的影响。采用达因液检测试样表面能,并测量接触角、表面粗糙度及胶黏剂附着力。结果在选定100 W功率的情况下,当激光清洗频率在50~200 kHz时,满足达因液检测要求,铝合金板呈亲水性,粗糙度明显增大,胶黏剂附着力大于原基材。当激光频率在300~1000 kHz时,不满足达因液要求,表面接近疏水性,粗糙度变化不明显。扫描速度对铝合金板后续涂胶效果影响不大,试验结果均能满足达因液要求,且亲水角变化不明显,粗糙度均明显增大,胶黏剂附着力均大于原基材。结论在功率一定的情况下,激光频率是影响铝合金后续涂胶效果的主要因素,其原因主要是改变了表面粗糙度,增大其润湿性。激光扫描速度的变化可以增大铝合金表面能,使其表面具有亲水效果,对于铝合金后续涂胶效果的变化影响较小。

关键词：激光清洗铝合金达因液接触角粗糙度

碳纤维复合材料飞机蒙皮表面漆层激光清洗工艺研究

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中国激光 2024年第12期51卷 80-93页

作者：顾军义李文琴苏轩徐杰郭斌哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院哈尔滨工业大学郑州研究院哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室

激光清洗碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）表面涂层一直面临着形貌破坏与基体过热的风险。为了明晰工艺参数对激光清洗CFRP飞机蒙皮表面油漆的影响规律，探究CFRP表面油漆的激光清洗机理，进行了红外纳秒激光清洗CFRP表面油漆的实验。... 详细信息

激光清洗碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）表面涂层一直面临着形貌破坏与基体过热的风险。为了明晰工艺参数对激光清洗CFRP飞机蒙皮表面油漆的影响规律，探究CFRP表面油漆的激光清洗机理，进行了红外纳秒激光清洗CFRP表面油漆的实验。首先利用田口正交阵列开展了不同参数下的清洗实验。随后采用信噪比（S/N）与方差分析（ANOVA）探讨了激光功率、扫描速度、搭接率与重复频率等工艺参数对油漆清洗深度、表面粗糙度和清洗温度的影响。最后借助红外热成像与高速摄像技术，对激光清洗过程中的温度响应、羽流形成与消逝及漆层动态行为进行了观测。研究结果表明：搭接率是影响清洗深度、表面粗糙度和清洗温度的最主要参数，扫描速度与激光功率的影响同样显著，而重复频率的影响不显著。CFRP表面油漆的激光去除机制主要以激光热效应造成的热烧蚀、气化为主。

关键词：激光技术激光清洗碳纤维增强复合材料除漆机理清洗工艺

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海洋微生物膜层激光清洗表面轮廓有限元计算

中国科学：技术科学 2024年第1期54卷 165-178页

作者：冯俊华毕思源雷正龙付伟杰薛跃文哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

本文以高强钢表面海洋微生物膜层为研究对象,开展了激光清洗试验与数值模拟研究.基于激光清洗常用的数值建模思想建立激光辐照模型,并改进了材料的去除过程从而建立了激光烧蚀模型,采用两种模型计算比较了功率200~800 W,频率10和20 kHz... 详细信息

本文以高强钢表面海洋微生物膜层为研究对象,开展了激光清洗试验与数值模拟研究.基于激光清洗常用的数值建模思想建立激光辐照模型,并改进了材料的去除过程从而建立了激光烧蚀模型,采用两种模型计算比较了功率200~800 W,频率10和20 kHz下激光清洗的温度场和清洗轮廓,并分析了不同光斑搭接率对清洗质量的影响.结果表明:功率为600 W时激光辐照模型计算的清洗宽度达906μm,明显超过了光斑直径900μm,而激光烧蚀模型仅有882μm且功率增大到800 W也没有超过光斑直径. 200 W功率下激光清洗实验测得的最高温度约为423.5 K,激光烧蚀模型计算值为432 K,而激光辐照模型计算值高达2441 K. 200 W功率下激光清洗实验测得的清洗深度约为33.7μm,激光烧蚀模型计算值约为32.6μm,而激光辐照模型计算值高达63.9μm;因此结合试验和理论计算分析结果表明激光烧蚀模型相较激光辐照模型精确度更高.此外,采用激光烧蚀模型对5~10 kHz频率激光清洗表面进行模拟,结果显示:在采用经典高斯能量分布激光束进行激光清洗时,应保持光斑搭接率在50%以上,以保证清洗质量均匀一致.

关键词：海洋生物膜层处理激光清洗表面轮廓数值模拟

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铝合金表面氧化物激光清洗机理研究进展

表面技术 2024年第15期53卷 21-33页

作者：王瑞洋许敏恒彭珍珍王立伟刘宏伟汪殿龙梁志敏河北科技大学材料科学与工程学院石家庄050018 河北省材料近净成形技术重点实验室石家庄050018 京津冀再制造产业技术研究院河北沧州062450 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

激光清洗作为21世纪新兴的清洗技术,以其独有的高精度、环保节能等优势,很大程度契合了当前可持续发展的要求。在归纳众多试验和理论研究的基础上,以激光能量密度为变量,重点综述了随着激光能量密度的变化,激光去除铝合金表面氧化层的... 详细信息

激光清洗作为21世纪新兴的清洗技术,以其独有的高精度、环保节能等优势,很大程度契合了当前可持续发展的要求。在归纳众多试验和理论研究的基础上,以激光能量密度为变量,重点综述了随着激光能量密度的变化,激光去除铝合金表面氧化层的不同机理,包括热机械膨胀、熔化蒸发、相爆炸、蒸发压力冲击、等离子体冲击,传统意义上的清洗机理“热烧蚀”应被理解为一种实验观察到的现象。介绍了当前激光清洗机理研究中常用手段,包括高速摄像和热力学模拟。介绍了当前激光清洗机理分析中遇到的一些困难,包括升温过程的复杂性和微观清洗过程的难观测性等。在此基础上,介绍了不同清洗机理作用下的铝合金表面质量变化,包括表面粗糙度及烧蚀坑形貌。对清洗机理与应用之间的联系进行说明,包括激光清洗对样品表面性能(如硬度、耐蚀性等)的影响。同时针对激光作用过程中涉及的多因素耦合作用进行了说明,包括各种能量场耦合,以及因界面声阻抗不同而产生的拉应力等对清洗过程的影响。最后提出当前制约激光清洗技术发展存在的一些问题,并对激光清洗技术的发展方向进行了展望。

关键词：激光清洗铝合金氧化层清洗机理能量密度

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激光清洗技术研究进展及挑战（特邀）

中国激光 2024年第4期 97-120页

作者：朱国栋张东赫李志超苏轩金阳徐杰单德彬郭斌哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨工业大学激光制造研究中心哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨工业大学(深圳)材料科学与工程学院

开展激光高效清洗基础理论及装备的研究是对《中国制造2025》纲要的具体落实，符合我国可持续发展战略，有利于提高航空航天、轨道交通、海洋船舶等装备的自动化程度，对于我国产业结构的升级与优化具有重要意义。尽管国外发达国家在激... 详细信息

开展激光高效清洗基础理论及装备的研究是对《中国制造2025》纲要的具体落实，符合我国可持续发展战略，有利于提高航空航天、轨道交通、海洋船舶等装备的自动化程度，对于我国产业结构的升级与优化具有重要意义。尽管国外发达国家在激光清洗的基础理论、工艺探索、工程应用方面开展了大量的工作，但仍普遍存在构件清洗效率低、耦合机制不清晰、评价标准和在线监测技术有待完善等问题。针对我国航天、高铁、海洋等领域对激光清洗的重大需求，以航天新一代固液冲压发动机的TA15钛合金进气道、高铁车体特征件和转向架零部件、海洋船舶制造中的舱口盖等大型复杂构件为研究对象，介绍了激光清洗机制及工艺、清洗过程中多元参数的在线监测、清洗智能装备技术等方面的研究进展，以期为我国未来智能激光制造的可持续发展提供一定参考。

关键词：激光技术激光清洗清洗机制智能选区工程应用

纳秒脉冲激光清洗DC04冷轧带钢表面油污的数值模拟与实验研究

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 302-310页

作者：郝佳帆秦文斌刘友强姜梦华曹银花王智勇北京工业大学材料与制造学部北京市激光应用技术工程技术研究中心北京100124 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室北京100124 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院北京100124

针对DC04冷轧带钢表面冷轧油的清洗需求,利用COMSOL Multiphysics软件对纳秒脉冲激光清洗DC04冷轧带钢表面油污的温度场分布及油污去除过程建立模型,结果表明,当光斑半径为80μm、激光能量密度达到3.48 J/cm^(2)时,油污基本上可以被去... 详细信息

针对DC04冷轧带钢表面冷轧油的清洗需求,利用COMSOL Multiphysics软件对纳秒脉冲激光清洗DC04冷轧带钢表面油污的温度场分布及油污去除过程建立模型,结果表明,当光斑半径为80μm、激光能量密度达到3.48 J/cm^(2)时,油污基本上可以被去除。然后,利用纳秒脉冲激光对冷轧带钢表面的冷轧油进行了激光清洗实验研究。结果表明,当激光能量密度达到3.48 J/cm^(2)、激光光斑搭接率为50%时,油污基本上被去除,符合模拟仿真结果。另外,还对激光光斑搭接率对激光清洗效果的影响进行了研究,结果表明,当激光光斑搭接率降低至37.5%时,激光能量密度需增大至4.47 J/cm^(2)。因此,利用纳秒脉冲激光可以有效清洗DC04冷轧带钢表面的冷轧油,并且不会对带钢表面造成明显损伤,为纳秒脉冲激光清洗其他种类材料表面油污的工艺参数确定提供了参考。

关键词：激光清洗纳秒脉冲激光 DC04冷轧带钢油污有限元模拟

基于COMSOL千瓦级激光清洗45钢锈层工艺研究

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 311-321页

作者：杨乐宁利川刘金波杨金堂冶金装备及其控制教育部重点实验室(武汉科技大学) 湖北武汉430081 机械传动与制造工程湖北省重点实验室(武汉科技大学) 湖北武汉430081 武汉科技大学精密制造研究院湖北武汉430081 广东中南钢铁股份有限公司广东韶关512123

利用COMSOL Multiphysics软件模拟1064 nm波长、20~100 kHz重复频率、1000 W的大功率移动激光清洗实验平台,对激光清洗过程进行可视化分析,研究峰值功率密度和清洗速度对污染层和基底温度场及烧蚀形貌变化的影响规律。此外,利用扫描电... 详细信息

利用COMSOL Multiphysics软件模拟1064 nm波长、20~100 kHz重复频率、1000 W的大功率移动激光清洗实验平台,对激光清洗过程进行可视化分析,研究峰值功率密度和清洗速度对污染层和基底温度场及烧蚀形貌变化的影响规律。此外,利用扫描电子显微镜和粗糙度仪对不同峰值功率密度和搭接率下的激光清洗效果进行实验验证。结果表明:随激光清洗时间的增加,烧蚀过程锈层温度变化接近高斯变化趋势;激光清洗45钢理论清洗阈值为1.9×10^(7) W/cm^(2),理论损伤阈值为10.0×10^(7) W/cm^(2);阈值范围内,峰值功率密度越大,清洗速度适当降低,清洗效果和效率越佳;当峰值功率密度为6.0×10^(7) W/cm^(2)、清洗速度为300 mm/s、对应搭接率为70%时,清洗效果最佳。这些结果对于指导工业参数化kW级激光清洗实验意义重大。

关键词： COMSOL 激光清洗功率密度搭接率 SEM 表面粗糙度

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激光清洗Q345钢表面氧化层的数值模拟

激光与红外 2024年第1期54卷 31-39页

作者：赵子康杨文光宋春霄申俊伟彭珍珍汪殿龙河北科技大学材料科学与工程学院河北省材料近净成形技术重点实验室河北石家庄050018

为了探索激光搭接率和激光平均功率等物理参数在激光清洗时对Q345钢表面氧化层温度场分布和烧蚀深度的影响。本文针对钢铁产业工程中常用材料Q345钢表面的氧化层开展激光清洗过程模拟研究。首先对Q345钢表面氧化层进行物理化学性质分析... 详细信息

为了探索激光搭接率和激光平均功率等物理参数在激光清洗时对Q345钢表面氧化层温度场分布和烧蚀深度的影响。本文针对钢铁产业工程中常用材料Q345钢表面的氧化层开展激光清洗过程模拟研究。首先对Q345钢表面氧化层进行物理化学性质分析,从而建立氧化物和基体的激光清洗分层模型。接下来借助COMSOL Multiphysics软件,将Q345钢激光清洗模型进行网格划分和瞬态研究,并用实验来验证,从而得出激光参数对清洗温度场和清洗深度的影响。结果表明光斑搭接率对温度场影响不大,但随着搭接率的提高,烧蚀深度越深。而激光平均功率越大,温度场峰值越高,烧蚀深度也显著加深。该研究结果可为激光清洗氧化层的工艺研究提供理论参考。

关键词：激光技术激光清洗有限元模拟 Q345钢温度场烧蚀深度