CN109047182A - 一种Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺 - Google Patents

一种Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺 Download PDF

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程永明
方喜风
张石磊
孟祥瑞
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    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
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Abstract

本发明涉及一种Al‑Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺。所述激光清洗工艺包括：利用纳秒脉冲光纤激光器对Al‑Mg合金表面进行清洗；其中，清洗参数为：脉冲能量：16‑24mJ；脉冲频率：18‑28KHz。采用本发明所述清洗工艺可在保证不损伤Al‑Mg合金母材的情况下，实现有效地清洗基底表面杂质，从而替代传统的机械打磨方式。

Description

一种Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺
技术领域
本发明涉及一种Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺，属于激光加工技术领域。
背景技术
在铝合金材料焊接前，为保证焊接质量，需提前对焊接部位的氧化膜、油污等杂质进行清理，减少焊接气孔、夹渣等焊接缺陷。
目前常规清理方法是采用机械式打磨处理。这种方法存在劳动轻度大、打磨后粉尘飘散，极易污染环境；特别是对于Al-Mg铝合金，由于激光清洗过程中高能术激光作用，在材料表面会一定程度损伤母材机理，对母材造成损伤。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺，其可替代传统的铝合金焊前机械打磨工艺，解决铝合金焊前打磨，采用常规机械打磨方式存在的劳动强度大、污染严重问题，同时提高清理效率，实现“绿色”清洗。
本发明采用的技术方案如下。
一种Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺，包括：利用纳秒脉冲光纤激光器对Al-Mg合金表面进行清洗；其中，清洗参数为：脉冲能量(Ep)：16-24mJ；脉冲频率(NOP)：18-28KHz。
优选地，所述脉冲能量为16-20mJ，19-21mJ，或20-24mJ。
优选地，所述脉冲频率为18-20KHz，20-24KHz，或24-28KHz。
进一步地，所述激光清洗工艺中，工作距离工件表面：100mm。
进一步地，所述激光清洗工艺中，波长：1064nm。
进一步地，所述激光清洗工艺中，脉冲宽度：100ns。
进一步地，所述激光清洗工艺中，功率：500W。
本发明所述的激光清洗方法适用于大多数Al-Mg合金母材的焊接前清洗，尤其适用于轨道车辆常用的Al-Mg合金工件的焊接前清洗。
作为本发明优选的实施方式之一，所述Al-Mg合金工件表面激光清洗工艺中，清洗参数为脉冲能量：16-24mJ；脉冲频率：18-20KHz。
作为本发明优选的实施方式之一，所述Al-Mg合金工件表面激光清洗工艺中，清洗参数为脉冲能量：16-18mJ；脉冲频率：18-20KHz。
作为本发明优选的实施方式之一，所述Al-Mg合金工件表面激光清洗工艺中，清洗参数为脉冲能量：19-21mJ；脉冲频率：18-20KHz。
作为本发明优选的实施方式之一，所述Al-Mg合金工件表面激光清洗工艺中，清洗参数为脉冲能量：22-24mJ；脉冲频率：18-20KHz。
本发明通过对Al-Mg铝合金母材及焊接接头激光清洗研究，确定合理的激光清洗工艺窗口，为批量自动清理提供实现的可能，克服了传统机械打磨的劳动强度高、污染严重的问题，达到了“绿色”清洗的效果。
本发明所述技术方案所取得的具体技术效果如下：
(1)首次完成Al-Mg铝合金激光清洗工艺参数的确定，明确Al-Mg铝合金材料表面的激光清洗的最佳脉冲能量范围为16-24mJ，脉冲频率为18-28KHz。
(2)通过微观表面结构、氧化层横截面、材料表面化学元素成分、纵向深度元素、表面粗糙度对比、表面硬度对比、表面亲疏水性对比等，进行对比分析，验证上述工艺参数的合理性。
(3)工艺参数的确定为后续成Al-Mg铝合金实现自动化清洗提供理论支撑。
附图说明
图1为本发明所述清洗工艺的工艺参数确定技术路线图。
图2为不同激光参数下Al-Mg铝合金的清洗结果。
图3为不同激光参数下清洗Al-Mg铝合金表面的SEM显微照片。
图4为不同激光参数下Al-Mg铝合金清洗表面GDOES纵向深度元素分析。
图5(A)为3D干涉测量所得的形貌图像初始表面。
图5(B)为实施例2清洗后的表面。
图6(A)为亲水性接触角测量所得图像初始表面。
图6(B)为实施例2条件下清洗后的表面。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
针对Al-Mg-Zn铝合金材料表面，采用不同的激光脉冲能量(Ep)和/或不同数量的脉冲频率(NOP)进行清理；
使用数码相机，光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)记录激光清洁铝合金的表面形态；
使用能量色散X射线光谱仪(EDX)评估清洁过的表面的组成，以确定不同组合对基材的损伤以及熔化来寻找工艺清洗阈值，为大面积清理选择合适的工艺参数。
确定试验参数基本范围：
激光脉冲能量(Ep)选择4-32mJ
不同数量的脉冲频率(NOP)12-28KHz
工作距离工件表面：100毫米
激光清洗系统：
选用ALT公司生产的型号为ALT-LC-NP-500的纳秒脉冲光纤激光清洗系统。其具体参数如下，该激光器能提供的光源的最长波长为1064nm，激光所具有的脉冲宽度为100ns，激光器的重复频率为2KHz到500KHz，最高的功率为500W。
考察各实施例及对比例的清洗效果。具体见下表。
(1)宏观表面确认
表1
(2)光学表征
使用白光显微镜(GT视觉模型GXCAM-H5)进行观察表征。
表2
(3)表面清洁度，见图2。
(4)微观表面结构分析，见图3。
(5)纵向深度元素分析，见图4。
(6)表面粗糙度对比分析，见图5(A)、图5(B)。
(7)表面亲疏水性对比分析，见图6(A)、图6(B)。
(8)表面化学成分对比分析。
表3
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺，其特征在于，包括：利用纳秒脉冲光纤激光器对Al-Mg合金表面进行清洗；其中，清洗参数为：脉冲能量：16-24mJ；脉冲频率：18-28KHz。
2.根据权利要求1所述的Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺，其特征在于，所述脉冲能量为16-20mJ，19-21mJ，或20-24mJ。
3.根据权利要求1或2所述的Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺，其特征在于，所述脉冲频率为18-20KHz，20-24KHz，或24-28KHz。
4.根据权利要求1-3任一所述的Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺，其特征在于，所述激光清洗工艺中，工作距离工件表面：100mm。
5.根据权利要求1-4任一所述的Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺，其特征在于，所述激光清洗工艺中，波长1064nm，功率500W。
6.根据权利要求1-5任一所述的Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺，其特征在于，所述Al-Mg合金为轨道车辆所使用的Al-Mg合金工件。
7.根据权利要求1-6任一所述的Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺，其特征在于，所述Al-Mg合金工件表面激光清洗工艺中，清洗参数为脉冲能量：16-24mJ；脉冲频率：18-20KHz。
8.根据权利要求1-6任一所述的Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺，其特征在于，所述Al-Mg合金工件表面激光清洗工艺中，清洗参数为脉冲能量：16-18mJ；脉冲频率：18-20KHz。
9.根据权利要求1-6任一所述的Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺，其特征在于，所述Al-Mg合金工件表面激光清洗工艺中，清洗参数为脉冲能量：19-21mJ；脉冲频率：18-20KHz。
10.根据权利要求1-6任一所述的Al-Mg合金表面氧化膜激光清洗工艺，其特征在于，所述Al-Mg合金工件表面激光清洗工艺中，清洗参数为脉冲能量：22-24mJ；脉冲频率：18-20KHz。
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