激光扫描速度对Q345钢表面锈层清洗质量的影响
发布时间：2021-11-05 19:45
采用波长为1064 nm的光纤激光器对Q345钢表面锈层进行激光清洗,研究了激光扫描速度对清洗质量的影响。结果表明:当扫描速度小于1000 mm·s-1时,激光对基体的损伤较大;当扫描速度达到5000 mm·s-1时,部分锈蚀仍残留于材料表面;当扫描速度为3000 mm·s-1时,清洗效果较好且基体不会受到损伤。随着扫描速度从1000 mm·s-1增加到6000 mm·s-1,清洗后Q345钢表面的铁含量呈现先增加后降低的趋势,而氧含量则是先降低再升高。当扫描速度为3000 mm·s-1时,Q345钢表面清洗后铁元素的质量分数达到了峰值,约为90%,氧元素的质量分数则达到谷值,约为7%;铁与氧的化合物较少,且钢的表面粗糙度亦较低,Ra≈6.9μm。通过调节扫描速度可以获得较好的激光清洗效果;激光清洗后,Q345钢表面的电化学腐蚀性能有所提高。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
激光清洗平台系统[12]。
Q345钢表面的锈蚀是自然状态下形成的,如图2所示。图2(a)为Q345钢表面锈层的宏观形貌,可见,大量凹凸不平的棕色金属氧化物分布于基体之上。通过XRD分析后可知锈层的主要成分为Fe3O4和Fe2O3,如图2(c)所示。图2(b)是Q345钢表面锈层的微观形貌图,可见,锈层结构疏松,内部存在许多缝隙和细小的孔洞,且锈层多从表面向孔洞内生长[13]。图3展示的是激光扫描速度对Q345钢锈层表面形貌的影响。图3(a)为Q345钢锈层的宏观形貌,可以看到锈层分布不均匀,且有黄色锈迹。图3(b)～(d)展示了激光清洗锈层后的宏观形貌,可见:当扫描速度为1000 mm·s-1时,材料表面出现了明显的纵向沟壑,部分区域出现熔化烧蚀,清洗效果不佳;当扫描速度达到3000 mm·s-1后,纵向沟壑痕迹减少,基体表面大部分露出,说明清洗效果较好,但仍有少量部分锈层残留,这可能与锈层本身不均匀有关;随着扫描速度进一步增大,清洗效果变差,如图3(d)所示(扫描速度提升至5000 mm·s-1时,锈层面积有所增加,证实了清洗效果呈现下降趋势)。王欢等[14]指出,在激光作用时间较短的条件下,锈层会发生熔化但并不脱离表面的现象,导致基体又与锈层结合在一起,不利于高效清洗。
图4为激光扫描速度对Q345钢锈层SEM形貌的影响,且图4的SEM图片与图3的宏观形貌图片一一对应。图4(a)中的白色区域为锈层,大量的白色锈层分布于基体之上,说明此时锈层较多。当激光扫描速度为1000 mm·s-1时,光斑留下的痕迹比较明显,沟壑较深,如图3(b)和图4(b)所示。随着扫描速度增大,光斑作用效果有所减弱[15],沟壑较浅,如图4(c)所示,说明在该条件下(扫描速度为3000 mm·s-1)锈层清除得较为彻底,且对基体的损伤也较小。图4(d)中右侧呈现出了部分锈层残留在基体表面的现象,清洗效果不明显。当扫描速度过小时,激光对基体的损伤较大;当扫描速度过大时,单位时间内光斑的作用时间缩短,材料表面锈层吸收的能量较少,锈层只发生弹性膨胀,并未达到烧蚀温度,以至于仅发生熔化而未发生气化相变[11],因此锈层依然附着于基体之上,清洗效果不佳。图4 激光扫描速度对Q345钢锈层微观表面形貌的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]岸边集装箱起重机产品底漆表面处理方法对比[J]. 赵双宝. 港口科技. 2019(11)
[2]基于飞秒激光的覆铜板刻蚀工艺[J]. 张晓,刘凯,王明娣,倪玉吉,潘煜,刘金聪,倪超,张文杰. 光学学报. 2019(12)
[3]基于激光清洗的AH32钢的电化学腐蚀性能[J]. 李华婷,周建忠,孙奇,高辽远,朱明,郭召恒,杨嘉年,付强. 激光与光电子学进展. 2019(21)
[4]不同激光清洗方法对高强钢表面锈蚀层的去除研究[J]. 雷正龙,孙浩然,陈彦宾,田泽. 中国激光. 2019(07)
[5]激光清洗铝合金漆层的数值模拟与表面形貌[J]. 高辽远,周建忠,孙奇,李华婷,朱明,郭召恒,杨嘉年. 中国激光. 2019(05)
[6]飞秒激光烧蚀氟化钙晶体表面特性[J]. 郭太勇,张立木,任莹莹,蔡阳健,Carolina Romero,Javier R.Vázquez de Aldana. 光学学报. 2019(01)
[7]干式激光清洁加工工艺实验研究[J]. 崔陆军,郭强,王成银,于计划. 中原工学院学报. 2018(04)
[8]激光清洗用高功率纳秒脉冲掺镱光纤激光器[J]. 李磐,师红星,符聪,薛亚飞,邹岩,郑也,刘小溪,王军龙,王学锋. 激光与光电子学进展. 2018(12)
[9]LD泵浦声光调Q Nd∶YAG激光扫描除锈机制[J]. 王欢,蔄诗洁,刘丽飒,王钰培,石家榕,宋峰. 清洗世界. 2018(05)
[10]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)
硕士论文
[1]Q235碳钢脉冲激光除锈工艺研究[D]. 王凯杰.华中科技大学 2017
[2]金属表面激光清洗技术研究[D]. 俞鸿斌.华中科技大学 2015
[3]低碳合金钢在NaCl溶液作用下的电化学腐蚀特征[D]. 孙宝龙.安徽工业大学 2013
本文编号：3478401
【文章来源】：中国激光. 2020,47(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
激光清洗平台系统[12]。
Q345钢表面的锈蚀是自然状态下形成的,如图2所示。图2(a)为Q345钢表面锈层的宏观形貌,可见,大量凹凸不平的棕色金属氧化物分布于基体之上。通过XRD分析后可知锈层的主要成分为Fe3O4和Fe2O3,如图2(c)所示。图2(b)是Q345钢表面锈层的微观形貌图,可见,锈层结构疏松,内部存在许多缝隙和细小的孔洞,且锈层多从表面向孔洞内生长[13]。图3展示的是激光扫描速度对Q345钢锈层表面形貌的影响。图3(a)为Q345钢锈层的宏观形貌,可以看到锈层分布不均匀,且有黄色锈迹。图3(b)～(d)展示了激光清洗锈层后的宏观形貌,可见:当扫描速度为1000 mm·s-1时,材料表面出现了明显的纵向沟壑,部分区域出现熔化烧蚀,清洗效果不佳;当扫描速度达到3000 mm·s-1后,纵向沟壑痕迹减少,基体表面大部分露出,说明清洗效果较好,但仍有少量部分锈层残留,这可能与锈层本身不均匀有关;随着扫描速度进一步增大,清洗效果变差,如图3(d)所示(扫描速度提升至5000 mm·s-1时,锈层面积有所增加,证实了清洗效果呈现下降趋势)。王欢等[14]指出,在激光作用时间较短的条件下,锈层会发生熔化但并不脱离表面的现象,导致基体又与锈层结合在一起,不利于高效清洗。
图4为激光扫描速度对Q345钢锈层SEM形貌的影响,且图4的SEM图片与图3的宏观形貌图片一一对应。图4(a)中的白色区域为锈层,大量的白色锈层分布于基体之上,说明此时锈层较多。当激光扫描速度为1000 mm·s-1时,光斑留下的痕迹比较明显,沟壑较深,如图3(b)和图4(b)所示。随着扫描速度增大,光斑作用效果有所减弱[15],沟壑较浅,如图4(c)所示,说明在该条件下(扫描速度为3000 mm·s-1)锈层清除得较为彻底,且对基体的损伤也较小。图4(d)中右侧呈现出了部分锈层残留在基体表面的现象,清洗效果不明显。当扫描速度过小时,激光对基体的损伤较大;当扫描速度过大时,单位时间内光斑的作用时间缩短,材料表面锈层吸收的能量较少,锈层只发生弹性膨胀,并未达到烧蚀温度,以至于仅发生熔化而未发生气化相变[11],因此锈层依然附着于基体之上,清洗效果不佳。图4 激光扫描速度对Q345钢锈层微观表面形貌的影响。
【参考文献】：
期刊论文
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[5]激光清洗铝合金漆层的数值模拟与表面形貌[J]. 高辽远,周建忠,孙奇,李华婷,朱明,郭召恒,杨嘉年. 中国激光. 2019(05)
[6]飞秒激光烧蚀氟化钙晶体表面特性[J]. 郭太勇,张立木,任莹莹,蔡阳健,Carolina Romero,Javier R.Vázquez de Aldana. 光学学报. 2019(01)
[7]干式激光清洁加工工艺实验研究[J]. 崔陆军,郭强,王成银,于计划. 中原工学院学报. 2018(04)
[8]激光清洗用高功率纳秒脉冲掺镱光纤激光器[J]. 李磐,师红星,符聪,薛亚飞,邹岩,郑也,刘小溪,王军龙,王学锋. 激光与光电子学进展. 2018(12)
[9]LD泵浦声光调Q Nd∶YAG激光扫描除锈机制[J]. 王欢,蔄诗洁,刘丽飒,王钰培,石家榕,宋峰. 清洗世界. 2018(05)
[10]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)
硕士论文
[1]Q235碳钢脉冲激光除锈工艺研究[D]. 王凯杰.华中科技大学 2017
[2]金属表面激光清洗技术研究[D]. 俞鸿斌.华中科技大学 2015
[3]低碳合金钢在NaCl溶液作用下的电化学腐蚀特征[D]. 孙宝龙.安徽工业大学 2013
本文编号：3478401
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