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中国激光 2024年第16期 141-154页

作者：张天刚李昱邹俊豪张志强刘亚楠中国民航大学航空工程学院哈尔滨工业大学机电工程学院

为了进一步阐明铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的激光清洗机制，揭示扫描速度对激光除漆的影响规律，首先采用万能试验机测定了漆层强度极限，结合多种技术手段分析研究了单脉冲热-力耦合COMSOL仿真与清洗实验结果，探究了四种扫描速度（1... 详细信息

为了进一步阐明铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的激光清洗机制，揭示扫描速度对激光除漆的影响规律，首先采用万能试验机测定了漆层强度极限，结合多种技术手段分析研究了单脉冲热-力耦合COMSOL仿真与清洗实验结果，探究了四种扫描速度（1000、900、800、700 mm/s）下除漆表面宏微观形貌及成分变化。结果显示：单脉冲除漆凹坑内存在明显分层与碎裂，除漆最大深度和宽度分别为34.3μm和125μm；漆层强度极限为2.68×10～7 Pa，与热应力仿真结果接近；随着扫描速度逐步降低，漆层去除深度不断增大，氧化膜逐步显现，面漆着色剂（β型铜酞菁）与漆层功能性氧化粒子的沉积量逐渐增加。研究表明：单脉冲激光除漆过程主要包括烧蚀、热应力和等离子体冲击三种除漆机制；随着扫描速度的逐渐降低，烧蚀除漆效果逐渐增强，等离子体冲击除漆效果逐步减弱，热应力除漆效果保持不变。

关键词：激光技术激光清洗铝合金丙烯酸聚氨酯漆层扫描速度除漆机制

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民机蒙皮纳秒脉冲激光除漆热烧蚀机制研究

民机蒙皮纳秒脉冲激光除漆热烧蚀机制研究

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作者：黄嘉浩中国民航大学

学位级别：硕士

民用飞机进行D级检修或“客改货”载运属性变更期间,需将蒙皮表面复合漆层完全去除。目前,机械打磨、化学褪除等民机蒙皮传统除漆方法存在环境污染严重、精度差、工作效率低等问题。激光除漆技术作为一种绿色、高效、非接触的新兴除漆手... 详细信息

民用飞机进行D级检修或“客改货”载运属性变更期间,需将蒙皮表面复合漆层完全去除。目前,机械打磨、化学褪除等民机蒙皮传统除漆方法存在环境污染严重、精度差、工作效率低等问题。激光除漆技术作为一种绿色、高效、非接触的新兴除漆手段,已广泛应用于航天军工、石油化工和船舶海洋等行业。本文针对目前激光除漆领域研究存在的不足,重点研究了纳秒脉冲激光除漆热烧蚀机制,揭示了烧蚀、等离子体冲击和瞬态加热膨胀机制的交互耦合规律,对进一步理解激光除漆过程微行为提供理论支持,为我国民机蒙皮激光除漆工业化应用提供理论和实验支撑。基于激光与漆层相互作用和热传递理论,阐明脉冲激光入射、漆层吸收激光以及漆层热量传递关键机制,建立纳秒脉冲激光热烧蚀除漆仿真模型,引入变形几何模块模拟漆层烧蚀形貌随时间的变化过程,研究脉冲激光作用下丙烯酸聚氨酯漆层烧蚀形貌与温度场的变化规律,阐明脉冲激光除漆热烧蚀机制。模拟结果显示,单脉冲激光辐照漆层于表面形成烧蚀凹坑,由于热量在漆层内部传递存在滞后,烧蚀凹坑深度增长滞后于直径增长;连续多脉冲激光辐照漆层于表面形成烧蚀沟槽,随着扫描速度的降低,单脉冲激光烧蚀量增加,脉冲之间的热量累积效应增强,但残余漆层表面热累积效应仅受有限数量脉冲影响。模拟与实验对比显示,等离子体屏蔽效应导致实验与模拟形貌存在差异。采用纳秒脉冲光纤激光器在三种不同扫描速度(v=900、720、540mm/s)下,对2A12航空铝合金表面丙烯酸聚氨酯复合漆层进行激光除漆试验,研究了不同扫描速度对除漆效果的影响。实验表明,当v=900mm/s时,面漆全部去除,底漆部分去除;当v=720mm/s时,底漆余量进一步减少,氧化膜显露;当v=540mm/s时,漆层基本除净,但部分氧化膜破坏,基材外露。研究发现,激光热烧蚀除漆过程触发等离子体冲击除漆机制,在等离子体冲击作用下,除漆过程形成“烧蚀-等离子体冲击-烧蚀”除漆机制交互作用的特点;烧蚀引起漆层中功能性氧化物粒子和面漆着色剂脱漆沉积,凹坑为主要除漆特征;等离子体冲击主要发生在凹坑间隔区间,其产生的爆轰波主要对漆层产生破坏或去除;烧蚀和等离子体冲击一方面会触发瞬态加热膨胀除漆机制,使残余漆层发生应力碎裂或剥离;另一方面将使残余漆层受到热影响,导致部分自由基发生位置重排和置换。

关键词：激光除漆扫描速度丙烯酸聚氨酯漆热烧蚀数值模拟除漆机制

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y 向搭接率对铝合金表面复合漆层激光清洗的影响

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中国激光 2023年第16期50卷 122-133页

作者：张天刚段俊杰刘天翔侯晓云张志强中国民航大学航空工程学院天津300300

采用纳秒脉冲光纤激光器对2A12铝合金基材表面丙烯酸聚氨酯复合漆层进行了激光清洗实验,研究了不同y向搭接率(ηy)对除漆效果的影响。结果表明,当ηy为0和20%时,面漆全部去除,底漆部分去除;当ηy=40%时,仅少量底漆残留,大部分氧化膜被破... 详细信息

采用纳秒脉冲光纤激光器对2A12铝合金基材表面丙烯酸聚氨酯复合漆层进行了激光清洗实验,研究了不同y向搭接率(ηy)对除漆效果的影响。结果表明,当ηy为0和20%时,面漆全部去除,底漆部分去除;当ηy=40%时,仅少量底漆残留,大部分氧化膜被破坏,基材显露;当ηy=60%时,复合漆层全部去除,基材烧损。研究发现,随着ηy值逐渐增大,清洗表面烧蚀现象明显增加,漆层烧蚀气化将导致面漆着色剂和功能氧化粒子脱漆沉积于烧蚀凹坑表面;清洗表面残余漆层形成了凹坑-间隔-凹坑的清洗特征,表明清洗过程中烧蚀-等离子冲击(屏蔽)-烧蚀交替进行,烧蚀与等离子冲击作用均会对清洗表面产生热影响,导致残余漆层丙烯酸树脂链段自由基发生位置重排,同时诱发残余漆层产生热应力除漆机制;激光等离子冲击和热应力破坏是导致清洗表面残余漆层碎裂分层或物理剥离的主要原因。

关键词：激光技术激光清洗铝合金复合漆层 y向搭接率除漆机制

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Y向搭接率对铝合金表面复合漆层激光清洗的影响

Y向搭接率对铝合金表面复合漆层激光清洗的影响

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作者：段俊杰中国民航大学

学位级别：硕士

激光清洗作为21世纪最具有潜力的绿色清洗技术,被广泛应用于化工、建筑、医疗、航空航天以及国防军工等不同领域。为了顺应时代大背景的发展,各行各业对激光清洗技术提出了更高的要求,这些新要求促使激光清洗技术进一步成熟。本文使用CO... 详细信息

激光清洗作为21世纪最具有潜力的绿色清洗技术,被广泛应用于化工、建筑、医疗、航空航天以及国防军工等不同领域。为了顺应时代大背景的发展,各行各业对激光清洗技术提出了更高的要求,这些新要求促使激光清洗技术进一步成熟。本文使用COMSOL软件对激光除漆建立有限元仿真模型,分析漆层在高斯激光作用下的变化。采用纳秒脉冲光纤激光器,对2A12铝合金基材表面的丙烯酸聚氨酯复合漆层进行清洗实验,研究不同Y向搭接率（η）对除漆效果的影响。通过仿真数据与实验结果相结合,探究激光除漆的作用机制。本文的主要研究内容为:（1）利用COMSOL仿真软件对单脉冲激光光斑作用漆层过程进行建模,通过固体传热和边形几何两个模块,对单脉冲激光烧蚀漆层的热动力学微行为进行研究,分析激光在单脉冲周期内作用漆层时温度场的分布和光斑烧蚀凹坑的变化。（2）以单光斑模拟仿真为依据,建立脉冲激光多光斑连续除漆模型,研究热量累积对漆层去除深度的影响。发现除第一个脉冲以外,其他每个脉冲周期开始前,漆层表面均有热量残留,在热量累积作用下,激光光斑对漆层的作用深度逐渐加深,至第四个光斑,漆层的去除深度开始趋于稳定。（3）对激光除漆进行多个光斑清洗实验,并对清洗后的表面进行多种形貌观察,发现当η=0和20%时,面漆全部去除,底漆部分去除;当η=40%时,仅少量底漆残留,大部分氧化膜破坏,基材显露;当η=60%时,复合漆层全部去除,基材烧损;且随着η值逐渐增大,清洗表面烧蚀现象明显增加,漆层烧蚀气化将导致面漆着色剂和功能氧化粒子脱漆沉积于烧蚀凹坑表面。（4）结合清洗后的表面形貌特征（凹坑-间隔-凹坑）和表面物质成分研究分析,发现清洗过程中烧蚀-等离子冲击（屏蔽）-烧蚀交替进行,烧蚀与等离子冲击作用后均会对清洗表面形成热影响,导致残余漆层丙烯酸树脂链段自由基发生位置重排,同时诱发残余漆层产生热应力除漆机制;激光等离子冲击和热应力破坏是导致清洗表面残余漆层碎裂分层或物理剥离的主要原因。

关键词：激光清洗铝合金丙烯酸聚氨酯复合漆层 Y向搭接率除漆机制

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