CN108160620A - 一种焊缝表面除漆工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种焊缝表面除漆工艺，包括用涂层测厚仪测量待加工部件焊缝处的漆层厚度，并根据所述漆层厚度设置激光器的第一扫描参数和第二扫描参数；将待加工部件设置在加工平台上，并夹紧定位；所述激光器按照所述第一扫描参数对所述待加工部件焊缝处的漆层进行激光扫描，以去除待加工部件焊缝处漆层上部分；所述激光器按照所述第二扫描参数对所述待加工部件焊缝处的漆层进行激光扫描，以去除待加工部件焊缝处漆层下部分。本发明的焊缝油漆的表面处理工艺，工艺简单，易于操作、绿色环保、便于实现自动化操作转向架焊缝除漆处理的技术，不会损伤加工部位的基材,使其达到无损检测的要求；同时激光扫描加工所需的能量较低，所需空间小。

Description

一种焊缝表面除漆工艺

技术领域

本发明涉及激光处理技术领域，尤其涉及一种焊缝表面除漆工艺。

背景技术

进入21世界，我国的轨道交通方兴未艾，作为世界上人口最多的国家，为保证拥有一个有效，快速，便捷的交通，轨道交通作为主要的趋向已开始频繁地出现在我们生活之中。转向架为一个重要部件被用来承载车辆，提供牵引力(动力转向架)，减震，其主要作用还是解决车辆的导向问题。其结构是否合理直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。高速列车在全世界各地的疾速奔驰，现代城轨车辆的高速发展，无一不与转向架技术的进步息息相关，可以毫不夸张的说，转向架技术是“靠轮轨接触驱动运行的现代机车车辆”得以生存发展的核心技术之一。

然而，在机车运行一段时间后，各部件都会发生磨耗、变形或损坏，为了使机车在良好状态下稳定可靠地运行，延长使用期限，必须进行有计划的检查和检修。待加工部件在检修过程中,需要对焊缝进行无损探伤探测，在无损探伤过程中，焊缝表面的油漆会影响到探伤效果，因此，在检修之前对焊缝进行除漆处理是很有必要的。

传统对机车焊缝进行除漆处理有机械法、化学法、火焰法，物理法分为喷砂和机械打磨，化学法主要是用化学试剂与油漆进行反应。

机械打磨技术是用砂纸、浮石、细石粉等摩擦介质摩擦焊缝表面。机械打磨在处理待加工部件焊缝时虽然能够去除油漆，但是会产生明显打磨痕迹，造成打磨表面不均匀，对检测效果有影响；处理过程中打磨的精度不利于控制，易损伤转向架表面；不利于自动化，产业化以及大批量生产；操作过程将产生很多粉尘，影响环境卫生，工作环境恶劣；加工部位具有局限性，部分交接焊缝无法清理。

喷砂清理技术是依靠高速流动的压缩空气使磨料获得很高的速度,让磨料打在工件表面,对工件表面进行高速撞击和磨削,从而实现对工件表面的清理或处理。由于喷砂处理采用高压气体作为喷砂载体,操作过程会产生很大的噪声污染和粉尘污染,因此喷砂清理需要在封闭的喷砂室内进行。由于焊缝表面不连续性,工人需要进入喷砂室作业,以保证喷打的准确性。操作过程中的轨迹和角度完全依靠人力控制，不仅效率低下，而且无法保证焊缝打磨位置的准确性。喷砂宽度不可调，范围很大，打磨时不可避免的会打磨到母材表面，操作不当容易伤及母材，影响产品质量。这样,喷砂作业会严重影响工人的身体健康,消耗大量能量,生产成本高,生产效率低且质量得不到保证。

火焰法是利用火焰的高温使涂膜燃烧碳化达到除漆的目的，主要采用煤油喷灯和氧乙快喷灯两种设备。其特点是成本低，但其烟雾污染环境，对人体有害，还会损伤物体表面，使金属变形，所以只适合用于对物体表面要求不高的场合，不适合转向架焊缝的清洗。

化学法主要原理是利用有机溶剂对涂膜的溶胀作用，使涂膜脱离物体表面来达到除漆目的。脱漆剂除漆效率高、腐蚀性小、不损伤物体表面、可以常温使用，但毒性大、成本高、易燃。

现有激光除漆主要是采用二氧化碳激光器除漆方式，以同一参数扫描多次，加工过程中热效应大，容易产生氧化层，而且二氧化碳激光器成本高，维护麻烦，二氧化碳激光器没有光纤传输，导光系统复杂，体积和重量都比较大,不易装到机械手上，待加工部件焊缝多为曲面，所以二氧化碳激光器不适合待加工部件的除漆。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种焊缝表面除漆工艺。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种焊缝表面除漆工艺，包括如下步骤：

步骤1：用涂层测厚仪测量待加工部件焊缝处的漆层厚度，并根据所述漆层厚度设置激光器的第一扫描参数和第二扫描参数；

步骤2：将待加工部件设置在加工平台上，并夹紧定位；

步骤3：所述激光器按照所述第一扫描参数对所述待加工部件焊缝处的漆层进行激光扫描，以去除待加工部件焊缝处漆层的上部分；

步骤4：所述激光器按照所述第二扫描参数对所述待加工部件焊缝处的漆层进行激光扫描，以去除待加工部件焊缝处漆层的下部分；

其中，所述第一扫描参数和第二扫描参数均包括输出功率、脉冲频率、横向扫描速度和纵向扫描重合度。。

本发明的有益效果是：本发明的焊缝表面除漆工艺，用激光器进行除漆处理，工艺简单，易于操作、绿色环保、便于实现自动化操作转向架焊缝除漆处理的技术，不会损伤加工部位的基材,使其达到无损检测的要求；同时由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特性，而且是非接触性加工，相对于喷砂处理或者机械打磨，激光扫描加工所需的能量较低，所需的空间小，产生的烟尘可同步吸收，无噪音，对环境污染小。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步：所述步骤3和步骤4中，所述激光器的横向扫描速度为5-20m/s,所述激光器通过振镜系统在待加工部件焊缝处进行纵向扫描，且纵向扫描重合度为20％-90％。

上述进一步方案的有益效果是：通过控制激光器的横向扫描速度和纵向扫描重合度，从而控制激光在漆层表面停留的时间，保证除漆均匀，且不损伤基材，不在基材表面产生氧化层，便于后期无损探伤。

进一步：所述步骤3中，所述激光器输出功率为1000-10000W，所述步骤4中，所述激光器输出功率为500-5000W。

上述进一步方案的有益效果是：在所述步骤3中，通过大功率激光进行激光扫描处理，可以尽快除去待加工部件焊缝表面的大部分漆层，这样可以提高加工效率，在所述步骤3中，通过小功率激光进行激光扫描处理，可以在除去待加工部件焊缝表面残留的少量漆层，使得漆层的去除更干净更彻底，同时保证不损伤基材，并且不在基材表面形成氧化层，便于后续进行无损探伤。

进一步：所述漆层的上部分厚度占所述漆层厚度的80％-90％，所述漆层的下部分厚度占所述漆层厚度的10-％20％。

上述进一步方案的有益效果是：通过先将待加工部件焊缝表面占所述漆层厚度的80％-90％大部分上层漆去除，这样可以在较短的时间内尽可能多的去除漆层，然后再将待加工部件焊缝表面占所述漆层厚度的10％-20％小部分下层漆去除，使得漆层的去除更干净更彻底，同时保证不损伤基材，并且不在基材表面形成氧化层，便于后续进行无损探伤。

进一步：所述激光器为光纤激光器。

进一步：所述步骤3和步骤4中，所述激光器对所述待加工部件焊缝处的漆层进行激光扫描时，还通过吸尘装置吸取除漆过程中产生的烟尘。

上述进一步方案的有益效果是：通过所述吸尘装置可以在加工过程中同步吸收产生的烟尘，尽可能减小对环境的污染和人体健康的伤害。

进一步：所述焊缝表面除漆工艺还包括如下步骤:

步骤5:对除去漆层的待加工部件焊缝处进行清洗,并在清洗干净后进行烘干处理。

上述进一步方案的有益效果是：通过将除去漆层的待加工部件焊缝处进行清洗，并烘干，可以使得待加工部件焊缝处洁净干燥，便于后续进行无损探伤，非常方便，有助于提高后续探测的精度。

附图说明

图1为本发明的焊缝表面除漆工艺流程示意图；

图2为本发明的焊缝表面除漆效果示意图；

图3为图2中A处局部放大示意图；

图4为本发明中激光的单脉冲能量与清除漆层厚度的关系曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种焊缝表面除漆工艺，包括如下步骤：

步骤1：用涂层测厚仪测量待加工部件焊缝处的漆层厚度，并根据所述漆层厚度设置激光器的第一扫描参数和第二扫描参数；

步骤2：将待加工部件设置在加工平台上，并夹紧定位；

步骤3：所述激光器按照所述第一扫描参数对所述待加工部件焊缝处的漆层进行激光扫描，以去除待加工部件焊缝处漆层的上部分；

步骤4：所述激光器按照所述第二扫描参数对所述待加工部件焊缝处的漆层进行激光扫描，以去除待加工部件焊缝处漆层的下部分；

其中，所述第一扫描参数和第二扫描参数均包括输出功率、脉冲频率、横向扫描速度和纵向扫描重合度。

本发明的焊缝表面除漆工艺，用激光器进行除漆处理，工艺简单，易于操作、绿色环保、便于实现自动化操作转向架焊缝除漆处理的技术，不会损伤加工部位的基材,使其达到无损检测的要求；同时由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特性，而且是非接触性加工，相对于喷砂处理或者机械打磨，激光扫描加工所需的能量较低，所需的空间小，无噪音，对环境污染小。

如图2本发明的焊缝表面除漆工艺，可以有效去除带加工部件焊缝表面的漆层，在焊缝处形成去除漆层的凹陷部分，如图3所示，经过显微镜20倍放大以后，可以看到，通过激光器清洗后，不会对基材表面造成损伤，除漆效果较好。

本发明中，通过调整单脉冲能量、横向扫描速度和纵向扫描重合度，可以调节所述激光器针对不同种类的油漆扫描一次所能去除的厚度，实现除漆厚度精准可控，通过步骤S2测得漆层的厚度后，用步骤S3中的第一扫描参数进行多次扫描，直至去除漆层的上部分(本实施例中漆层的上部分厚度为整个漆层厚度的80-90％，当然也可以设置在其他厚度占比),再用步骤S4中第二扫描参数将剩余的漆层下部分去掉。既保证了除漆效率，也保证了除漆质量。

优选地，在上述实施例中，所述激光器为光纤激光器。光纤激光器玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势；玻璃材料具有极低的体积面积比，散热快、损耗低，所以转换效率较高，激光阈值低；光纤激光器输出激光波长多、荧光谱较宽，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度，不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷。当然，也可以采用其他激光器，这里不做任何限定。

由于脉冲激光器的输出功率等于脉冲频率乘以脉冲能量，所以通过设置脉冲激光器的输出功率和脉冲频率即可调节所述激光器单脉冲能量。实际中，光纤激光器，除了可设置横向扫描速度和纵向扫描重合度外，还需要对激光器单脉冲能量进行设置，以免打伤基材。由于激光参数设置较多，变量较频繁，在针对不同漆层厚度的清除过程中需要花大量时间找参数，往往难以满足现场的使用要求，而本发明中，通过本次试验，在实验中不断的改变样品漆膜的厚度以及除漆过程中能考虑的具体参数，然后测量工件表面漆膜的厚度，得到相应去除的漆厚层实验数据，再由这些数据推出激光工艺参数模型。在其他工艺参数(横向扫描速度和纵向扫描重合度等)不变的条件下，与漆膜厚度相关，起决定性因素的是单脉冲能量值(即激光器的输出功率和脉冲频率的比值)，通过激光除漆试验的方法建立了单脉冲能量与清除漆层厚度的关系，如下表1所示：

表1

根据上述数据进行曲线拟合，得到单脉冲能量和漆层清除厚度之间的关系，其曲线关系如图4所示，关系表达式如下：

y＝-0.3351x³+4.6387x²+3.9889x+8.8333

其中，y表示漆层清除厚度，x表示单脉冲能量。

优选地，在上述实施例中，所述步骤3和步骤4中，所述激光器的横向扫描速度为5-20m/s,所述激光器通过振镜系统在待加工部件焊缝处进行纵向扫描，且纵向扫描重合度为20％-90％。通过控制激光器的横向扫描速度和纵向扫描重合度，从而控制激光在漆层表面停留的时间，保证除漆均匀，且不损伤基材，不在基材表面产生氧化层，便于后期无损探伤。实际中，所述激光器与外部机械手连接，并且随着机械手移动，以实现对待加工部件的扫描。这里，横向扫描速度表示所述激光器随着机械手横向运动的速度，纵向扫描重合度表示所述激光器出射的激光通过振镜系统后照射到待加工部件上形成的光斑在移动时，相邻两个光斑之间的重合部分的面积占整个光斑面积的比。

在上述实施例中，所述步骤3中，所述激光器输出功率为1000-10000W，所述步骤4中，所述激光器输出功率为500-5000W。在所述步骤3中，通过大功率激光进行激光扫描处理，可以尽快除去待加工部件焊缝表面的大部分漆层，这样可以提高加工效率，在所述步骤3中，通过小功率激光进行激光扫描处理，可以在除去待加工部件焊缝表面残留的少量漆层，使得漆层的去除更干净更彻底，同时保证不损伤基材，并且不在基材表面形成氧化层，便于后续进行无损探伤。

优选地，在上述实施例中，所述漆层的上部分厚度占所述漆层厚度的80％-90％，所述漆层的上部分厚度占所述漆层厚度的10％-20％。通过先将待加工部件焊缝表面占所述漆层厚度的80％-90％大部分上层漆去除，这样可以在较短的时间内尽可能多的去除漆层，然后再将待加工部件焊缝表面占所述漆层厚度的10％-20％小部分下层漆去除，使得漆层的去除更干净更彻底，同时保证不损伤基材，并且不在基材表面形成氧化层，便于后续进行无损探伤。

在上述实施例中，所述步骤3和步骤4中，所述激光器对所述待加工部件焊缝处的漆层进行激光扫描时，还通过吸尘装置吸取除漆过程中产生的烟尘。通过所述吸尘装置可以在加工过程中同步吸收产生的烟尘，尽可能减小对环境的污染和人体健康的伤害。

实际中，上述激光器与外部机械手相连，可以实现对待加工部件焊缝表面的漆层自动化去除，并且能满足对曲面进行除漆。

优选地，在上述实施例中，所述焊缝表面除漆工艺还包括如下步骤:

步骤5:对除去漆层的待加工部件焊缝处进行清洗,并在清洗干净后进行烘干处理。

通过将除去漆层的待加工部件焊缝处进行清洗，并烘干，可以使得待加工部件焊缝处洁净干燥，便于后续进行无损探伤，非常方便，有助于提高后续探测的精度。

本发明中，采用超声波清洗设备对除去漆层的待加工部件焊缝处清洗10-20min，清洗完成后通过烘干设备在60-80摄氏度下烘烤10-15min，即可得到干净的焊缝表面。

本发明与现有技术相比，具有如下有点：1、容易实现自动化；2、效率高，本发明的除漆效率为1.23m²/h，是现有技术效率的几十倍；3、效果好：本发明相比于机械打磨法和喷砂法，在加工过程中不伤基材，加工效果好；4、对环境污染小：本发明产生的烟尘可同步吸收，无噪音，对环境污染小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种焊缝表面除漆工艺，其特征在于,包括如下步骤：

步骤1：用涂层测厚仪测量待加工部件焊缝处的漆层厚度，并根据所述漆层厚度设置激光器的第一扫描参数和第二扫描参数；

步骤2：将待加工部件设置在加工平台上，并夹紧定位；

步骤3：所述激光器按照所述第一扫描参数对所述待加工部件焊缝处的漆层进行激光扫描，以去除待加工部件焊缝处漆层的上部分；

步骤4：所述激光器按照所述第二扫描参数对所述待加工部件焊缝处的漆层进行激光扫描，以去除待加工部件焊缝处漆层的下部分；

其中，所述第一扫描参数和第二扫描参数均包括输出功率、脉冲频率、横向扫描速度和纵向扫描重合度。

2.根据权利要求1所述的焊缝表面除漆工艺，其特征在于,所述步骤3和步骤4中，所述激光器的横向扫描速度为5-20m/s,所述激光器通过振镜系统在待加工部件焊缝处进行纵向扫描，且纵向扫描重合度为20％-90％。

3.根据权利要求1所述的焊缝表面除漆工艺，其特征在于,所述步骤3中，所述激光器输出功率为1000-10000W，所述步骤4中，所述激光器输出功率为500-5000W。

4.根据权利要求1所述的焊缝表面除漆工艺，其特征在于,所述漆层的上部分厚度占所述漆层厚度的80％-90％，所述漆层的下部分厚度占所述漆层厚度的10％-20％。

5.根据权利要求1所述的焊缝表面除漆工艺，其特征在于,所述激光器为光纤激光器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的焊缝表面除漆工艺，其特征在于,所述步骤3和步骤4中，所述激光器对所述待加工部件焊缝处的漆层进行激光扫描时，还通过吸尘装置吸取除漆过程中产生的烟尘。

7.根据权利要求1至5任一项所述的焊缝表面除漆工艺，其特征在于,还包括如下步骤:

步骤5:对除去漆层的待加工部件焊缝处进行清洗,并在清洗干净后进行烘干处理。