基于脉冲激光清洗技术的飞机蒙皮除漆工艺及其表面完整性控制研究
发布时间：2021-10-13 17:28
随着工业领域对环境要求的日益严苛,传统清洗方式已经无法满足工业需求,激光清洗技术的出现展现了其特有的优越性,弥补了传统清洗的种种不足,不仅减少了环境污染,还提高了清洗效率,应用范围也更加广阔。激光清洗在近年来得到广泛关注,主要优点包括无污染、无接触、成本低、效率高、可控性好、可选区精密清洗、可清洗难以到达的危险区域等。在航空航天领域,飞机金属蒙皮经过长时间服役,表面的漆层会发生老化、开裂和脱落等现象,为保证飞机飞行的稳定性和安全性,必须定期清理原有漆层以便于对表面重新涂装。本文以飞机蒙皮常用2024铝合金、304不锈钢等作为实验材料,表面TB06-9、TS70-1漆层作为清洗对象,利用脉冲光纤激光器针对飞机蒙皮表面漆层开展了激光清洗实验研究:（1）对激光清洗的清洗参数优化及影响规律进行研究。提出一种利用灰度值评价清洗表面洁净程度的方法,借助MATLAB软件对三维形貌仪采集的清洗表面图像进行灰度转换,发现在90.9-102灰度区间的样品清洗效果较好。利用XPS、XRD分析灰度区间的表面元素,结果表明漆层微量元素含量大大降低,验证了清洗效果的有效性。在有效灰度区间基础上进行工艺参数的优化,...
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脉冲激光清洗原理图
山东理工大学硕士学位论文第一章绪论4干式清洗法主要适用于一些非透光性材料或者对激光吸收系数大的材料，一般需要激光清洗的零部件基体和基体表层污染物对激光的吸收率不同，利用这个吸收率差就可以通过调节工艺参数完成污染物的清洗。激光开始辐照表面进行清洗时，污染物层对激光的吸收率较基体高，能量会被污染层先吸收分解。在污染层清洗完全分解后，零部件基体对于激光的反射率大，部分能量被反射，使基体的损伤较小[14-15]。。图1.2激光干式清洗方法示意图[14]Fig.1.2Processdiagramoflaserablationcleaningmethod[14]激光湿式清洗又称液膜辅助激光清洗，是指在激光清洗时在待清洗零部件表面覆盖一层液体或者直接将零件浸泡在液体环境之中进行清洗，如图1.3所示。与干式清洗差别在于，液膜对激光能量和表面热量都有一定程度吸收，并且表层液膜将待清洗工件和空气隔绝，使清洗后的污染物先经过一步吸收，减少溅射风险，产生的气体污染物也显著减少。激光湿式清洗清洗锈迹、颗粒物时清洗效果较好，对于油污或者较强附着力的微生物污染物清洗不理想。激光湿式清洗要求较多，不同材料对液膜成分需要不同，并且基体材料在液膜中吸收激光波段也不同，应用范围较窄[14]。激光冲击波清洗方法与激光干式及湿式清洗有较大不同，其主要依靠冲击波力作用去除污染物，根据它的清洗方式应用较多的是微粒作为清洗对象。激光器沿着基体表面平行射出激光，调整激光与基体间距离，根据工作台慢慢上移基体材料或将激光器慢慢下降，使微粒与激光接触，激光焦点处会发生电离现象形成冲击波，冲击波膨胀扩大与微粒发生碰撞，当冲击波作用在微粒的横向力矩超过纵向力矩，微粒会突破基体的黏着滚动去除。以上三种清洗方法中，激光干式清洗操作简单，清洗条件要求少
山东理工大学硕士学位论文第一章绪论5清洗一些污染物较厚的清洗对象。图1.3液膜辅助式激光清洗工艺示意图[14]Figure1.3Processdiagramofliquidfilmassistedlasercleaning[14]但湿式清洗同样存在不足，首先表面液膜对激光的折射作用，导致选择工艺需要重新规划，延长了操作过程，其次由于使用液膜覆盖，清洗完毕后基体容易受到破坏，与液膜发生反应。激光冲击波式清洗主要用于去除微米级甚至纳米级微粒，但针对漆层的清洗较少，冲击波的产生对工艺要求严格，既要保证激光参数能够发生电离，又要调整激光与基体之间的距离，确保有足够大的冲击力清除微粒[14]。由于清洗过程中影响清洗效果的因素众多，包括基底与污物材料本身的吸光率、激光参数、激光入射角和激光与污物的作用机理等[16]，各种因素的工艺研究缺乏深入探索，因此选择合适的激光器类型、采用优化的工艺参数是有效去除各种涂层、油漆、颗粒或污物的重点。1.3清洗机理综述激光清洗的原理是采用高峰值功率的激光辐照到需要清除的污染部位，表面污染层吸收激光能量，引起熔化、气化、振动等一系列物理化学变化，最终脱离基体表面，这个过程主要存在烧蚀、光压力、选择性气化、振动、气化压力、等离子体冲击六种机制。1.3.1烧蚀、气化激光的烧蚀原理是材料基体的表面污染物在受到激光辐照后，激光与污染层之间发生作用，集聚能量导致温度升高，单位时间内表面能量足够大时，污染层温度会持续增大直至发生熔化，此时表面的瞬时温度甚至能高达上千度，超过污染物的熔沸点，发生烧蚀、气化等一系列物理化学反应将污染层从基体表面剥离，从而达到清洗污染物的效果。随着不断烧蚀和气化，金属表面污染物逐渐减薄直至消失，此时基体表面开始吸收
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向装备再制造的先进激光清洗技术及其应用[J]. 王思捷,乔玉林,刘鹏飞,刘照围. 材料开发与应用. 2019(05)
[2]航空、航天涂料现状及未来发展[J]. 孙哲,杨康,马宏,杨茂林. 中国涂料. 2019(01)
[3]飞机蒙皮的激光除漆技术研究[J]. 蒋一岚,叶亚云,周国瑞,王海军,廖威,袁晓东,贾宝申. 红外与激光工程. 2018(12)
[4]激光除锈技术及其发展现状[J]. 杨明昆,周仿荣,马仪,黄继盛,陆军,高勇. 清洗世界. 2018(10)
[5]飞机金属蒙皮以及复合材料表面激光除漆技术[J]. 靳森,王静轩,袁晓东,胡勇,姚彩珍. 航空制造技术. 2018(17)
[6]激光除锈技术对高速列车集电环性能影响研究[J]. 齐先胜,任志国,刘峻亦,吴昌忠,陈怀宁,韩晓辉. 激光技术. 2019(02)
[7]激光清洗技术发展及应用[J]. 邢宏楠,冉合利,赵慧峰,郜丽坤. 清洗世界. 2018(05)
[8]工业领域的激光清洗技术[J]. 雷正龙,田泽,陈彦宾. 激光与光电子学进展. 2018(03)
[9]低碳钢的激光除锈机理及表面性能研究[J]. 任志国,吴昌忠,陈怀宁,陆莹,乔红超,胡太友. 光电工程. 2017(12)
[10]清洗速度对激光清洗钛合金积碳表面的形貌与组成的影响[J]. 乔玉林,黄克宁,梁秀兵,胡振峰,张国新,张晶. 应用激光. 2017(06)
硕士论文
[1]发动机油路零件激光清洗的工艺研究[D]. 陈翊坤.华中科技大学 2019
[2]车体表面油漆激光清洗工艺基础研究[D]. 陈浩.哈尔滨工业大学 2018
[3]激光清洗锈蚀钢板的技术研究[D]. 陆思远.华中科技大学 2017
[4]激光清洗橡胶制品模具的工艺研究[D]. 孙海迎.青岛科技大学 2009
[5]飞机蒙皮激光脱漆技术研究[D]. 郑光.中国科学院研究生院（电子学研究所） 2005
本文编号：3435094
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
脉冲激光清洗原理图
山东理工大学硕士学位论文第一章绪论4干式清洗法主要适用于一些非透光性材料或者对激光吸收系数大的材料，一般需要激光清洗的零部件基体和基体表层污染物对激光的吸收率不同，利用这个吸收率差就可以通过调节工艺参数完成污染物的清洗。激光开始辐照表面进行清洗时，污染物层对激光的吸收率较基体高，能量会被污染层先吸收分解。在污染层清洗完全分解后，零部件基体对于激光的反射率大，部分能量被反射，使基体的损伤较小[14-15]。。图1.2激光干式清洗方法示意图[14]Fig.1.2Processdiagramoflaserablationcleaningmethod[14]激光湿式清洗又称液膜辅助激光清洗，是指在激光清洗时在待清洗零部件表面覆盖一层液体或者直接将零件浸泡在液体环境之中进行清洗，如图1.3所示。与干式清洗差别在于，液膜对激光能量和表面热量都有一定程度吸收，并且表层液膜将待清洗工件和空气隔绝，使清洗后的污染物先经过一步吸收，减少溅射风险，产生的气体污染物也显著减少。激光湿式清洗清洗锈迹、颗粒物时清洗效果较好，对于油污或者较强附着力的微生物污染物清洗不理想。激光湿式清洗要求较多，不同材料对液膜成分需要不同，并且基体材料在液膜中吸收激光波段也不同，应用范围较窄[14]。激光冲击波清洗方法与激光干式及湿式清洗有较大不同，其主要依靠冲击波力作用去除污染物，根据它的清洗方式应用较多的是微粒作为清洗对象。激光器沿着基体表面平行射出激光，调整激光与基体间距离，根据工作台慢慢上移基体材料或将激光器慢慢下降，使微粒与激光接触，激光焦点处会发生电离现象形成冲击波，冲击波膨胀扩大与微粒发生碰撞，当冲击波作用在微粒的横向力矩超过纵向力矩，微粒会突破基体的黏着滚动去除。以上三种清洗方法中，激光干式清洗操作简单，清洗条件要求少
山东理工大学硕士学位论文第一章绪论5清洗一些污染物较厚的清洗对象。图1.3液膜辅助式激光清洗工艺示意图[14]Figure1.3Processdiagramofliquidfilmassistedlasercleaning[14]但湿式清洗同样存在不足，首先表面液膜对激光的折射作用，导致选择工艺需要重新规划，延长了操作过程，其次由于使用液膜覆盖，清洗完毕后基体容易受到破坏，与液膜发生反应。激光冲击波式清洗主要用于去除微米级甚至纳米级微粒，但针对漆层的清洗较少，冲击波的产生对工艺要求严格，既要保证激光参数能够发生电离，又要调整激光与基体之间的距离，确保有足够大的冲击力清除微粒[14]。由于清洗过程中影响清洗效果的因素众多，包括基底与污物材料本身的吸光率、激光参数、激光入射角和激光与污物的作用机理等[16]，各种因素的工艺研究缺乏深入探索，因此选择合适的激光器类型、采用优化的工艺参数是有效去除各种涂层、油漆、颗粒或污物的重点。1.3清洗机理综述激光清洗的原理是采用高峰值功率的激光辐照到需要清除的污染部位，表面污染层吸收激光能量，引起熔化、气化、振动等一系列物理化学变化，最终脱离基体表面，这个过程主要存在烧蚀、光压力、选择性气化、振动、气化压力、等离子体冲击六种机制。1.3.1烧蚀、气化激光的烧蚀原理是材料基体的表面污染物在受到激光辐照后，激光与污染层之间发生作用，集聚能量导致温度升高，单位时间内表面能量足够大时，污染层温度会持续增大直至发生熔化，此时表面的瞬时温度甚至能高达上千度，超过污染物的熔沸点，发生烧蚀、气化等一系列物理化学反应将污染层从基体表面剥离，从而达到清洗污染物的效果。随着不断烧蚀和气化，金属表面污染物逐渐减薄直至消失，此时基体表面开始吸收
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向装备再制造的先进激光清洗技术及其应用[J]. 王思捷,乔玉林,刘鹏飞,刘照围. 材料开发与应用. 2019(05)
[2]航空、航天涂料现状及未来发展[J]. 孙哲,杨康,马宏,杨茂林. 中国涂料. 2019(01)
[3]飞机蒙皮的激光除漆技术研究[J]. 蒋一岚,叶亚云,周国瑞,王海军,廖威,袁晓东,贾宝申. 红外与激光工程. 2018(12)
[4]激光除锈技术及其发展现状[J]. 杨明昆,周仿荣,马仪,黄继盛,陆军,高勇. 清洗世界. 2018(10)
[5]飞机金属蒙皮以及复合材料表面激光除漆技术[J]. 靳森,王静轩,袁晓东,胡勇,姚彩珍. 航空制造技术. 2018(17)
[6]激光除锈技术对高速列车集电环性能影响研究[J]. 齐先胜,任志国,刘峻亦,吴昌忠,陈怀宁,韩晓辉. 激光技术. 2019(02)
[7]激光清洗技术发展及应用[J]. 邢宏楠,冉合利,赵慧峰,郜丽坤. 清洗世界. 2018(05)
[8]工业领域的激光清洗技术[J]. 雷正龙,田泽,陈彦宾. 激光与光电子学进展. 2018(03)
[9]低碳钢的激光除锈机理及表面性能研究[J]. 任志国,吴昌忠,陈怀宁,陆莹,乔红超,胡太友. 光电工程. 2017(12)
[10]清洗速度对激光清洗钛合金积碳表面的形貌与组成的影响[J]. 乔玉林,黄克宁,梁秀兵,胡振峰,张国新,张晶. 应用激光. 2017(06)
硕士论文
[1]发动机油路零件激光清洗的工艺研究[D]. 陈翊坤.华中科技大学 2019
[2]车体表面油漆激光清洗工艺基础研究[D]. 陈浩.哈尔滨工业大学 2018
[3]激光清洗锈蚀钢板的技术研究[D]. 陆思远.华中科技大学 2017
[4]激光清洗橡胶制品模具的工艺研究[D]. 孙海迎.青岛科技大学 2009
[5]飞机蒙皮激光脱漆技术研究[D]. 郑光.中国科学院研究生院（电子学研究所） 2005
本文编号：3435094
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