【摘 要】
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激光清洗技术是近些年来发展迅猛的一种较为新兴的清洗技术。它能够应用于各种类型表面污染物的去除,相对于传统的化学清洗方法,激光清洗不需要清洗介质,清洗过程中仅产生极少量粉尘,因此对环境几乎无污染,并且激光清洗不损伤基体,凭借其诸多优点,激光清洗技术正逐步取代传统的清洗技术在众多领域中的应用。激光清洗技术,不仅开辟了激光技术在工业领域的新发展,并凭借其无损、环保、高效的优势在诸多领域显现出了更为广阔的
【基金项目】
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国家自然科学基金联合基金项目“激光无损智能增效清除机制与关键技术研究”;
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激光清洗技术是近些年来发展迅猛的一种较为新兴的清洗技术。它能够应用于各种类型表面污染物的去除,相对于传统的化学清洗方法,激光清洗不需要清洗介质,清洗过程中仅产生极少量粉尘,因此对环境几乎无污染,并且激光清洗不损伤基体,凭借其诸多优点,激光清洗技术正逐步取代传统的清洗技术在众多领域中的应用。激光清洗技术,不仅开辟了激光技术在工业领域的新发展,并凭借其无损、环保、高效的优势在诸多领域显现出了更为广阔的应用前景,因此,国内外研究者在激光清洗技术方面开展了大量研究。目前,国内外研究中,用于激光清洗的激光器以连续激光、纳秒脉冲激光居多,清洗技术发展较为成熟,而近些年新兴的组合激光在激光作用效率和效果方面更具优势,给激光清洗技术带来了新的思路。特别是在高铁、汽车等车体激光除漆中,漆层一般为多层结构,各漆层存在物化性质差异,厚度不同,分布不均匀等问题,在激光除漆方面,采用单一体制激光很难实现理想的除漆效果,而组合激光则可以通过对激光参数的调控,更容易实现分层除漆,提升除漆效率,改善除漆效果。其中,激光除漆阈值作为激光清洗的重要参数,对组合激光分层除漆的研究具有重要的参考价值和现实意义,因此,本论文开展了连续-纳秒组合激光分层除漆的阈值研究,该研究成果将为激光清洗的实际应用提供理论指导和参考依据。本论文采用连续激光和连续-纳秒组合激光对车体表面漆层的清洗阈值开展研究,以7075铝合金基体表面不同种类、不同厚度漆层为清洗对象,建立了组合激光分层除漆的理论模型,采用仿真与实验相结合的方法,分析了连续激光和连续-纳秒组合激光两种不同体制激光除漆过程的温度变化、去除深度变化和激光除漆效果,给出了不同体制激光清洗阈值,针对清洗阈值的变化特点,分析了激光除漆作用机理的差异。首先,通过分析激光与漆层相互作用的物理过程,建立了相应的温升及烧蚀振动模型;依据基体和各漆层参数建立了二维轴对称几何模型,利用有限元仿真软件开展了数值模拟,通过仿真计算得到了激光除漆的温度变化、去除深度变化;通过对激光除漆过程的仿真,获取了各漆层清洗阈值和基体损伤阈值等激光参数。其次,分别开展了连续激光和连续-纳秒组合激光的除漆实验。针对7075铝合金基体分别附着醇酸漆、环氧清漆和环氧底漆的靶材开展了对比研究。主要分析了连续激光、组合激光总能量注入等因素对不同涂层的温度、去除深度、除漆效果的影响规律,实验结果给出了连续激光去除单层油漆靶材的清洗阈值为177.74 W/mm~2,去除双层油漆靶材的清洗阈值为192.90 W/mm~2,去除三层油漆靶材的清洗阈值为147.44 W/mm~2;确定了组合激光去除单层油漆靶材的清洗阈值为74.92 J/mm~2,去除双层结构靶材的清洗阈值为104.69 J/mm~2,去除三层油漆靶材的清洗阈值为60.07J/mm~2。实验中发现了较厚的三层漆层的清洗阈值低于较薄的双层漆层靶材这一现象,并分析了这种现象的成因。最后,对连续激光和连续-纳秒组合激光的除漆阈值进行了对比,分析了激光清洗阈值的差异,并结合仿真和实验研究结果,揭示了激光除漆的作用机理。
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