CN111203414A - 一种适用于氧化层的激光清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于氧化层的激光清洗方法，其特征在于，所述氧化层厚度至少为170μm，所述激光清洗方法包括如下步骤：通过连续激光对待清洗区域进行清洗，所述连续激光功率为1000‑2000w，扫描速度为8000‑10000mm/s，线间距为0.08‑0.12mm通过设定所述参数范围内的连续激光使得表面的氧化层受热膨胀而蓬松剥离，清洗后氧化层的余量不大于60μm；通过压缩空气对所述清洗区域吹气，从而将已经蓬松但未完全剥离的氧化层吹掉；通过纳秒脉冲激光对所述待清洗区域进行清洗，所述纳秒脉冲激光功率为80‑200W，扫描速度为6000‑10000mm/s，脉宽为10‑520ns，频率为20‑4500KHZ，线间距为0.08‑0.12mm，线间距为0.08‑0.12mm，通过设定所述参数范围内的连续激光将剩下未蓬松的氧化层气化振动去除。
Description
技术领域
本发明涉及激光清洗领域，尤其涉及一种适用于氧化层的激光清洗方法。
背景技术
金属制成的零件、设备等在生产或者使用的过程中可能会产生氧化层，例如铁轨用钢在锻造和热轧后表面会形成一层氧化层，为了后续的加工或使用，需要对氧化层进行清洗。目前对于氧化层的清洗方法有纳秒脉冲激光清洗，但是单一脉冲激光清洗的清洗能力较弱，从而导致清洗效率和清洗质量较低，尤其是针对厚度至少为170μm的氧化层。
发明内容
本发明提供了一种适用于氧化层的激光清洗方法，针对厚度较高的氧化层清洗效率较高，清洗质量较好。
本发明提供了一种适用于氧化层的激光清洗方法，其特征在于，所述氧化层厚度至少为170μm，所述激光清洗方法包括如下步骤：
通过连续激光对待清洗区域进行清洗，所述连续激光功率为1000-2000w，扫描速度为8000-10000mm/s，线间距为0.08-0.12mm，通过设定所述参数范围内的连续激光使得表面的氧化层受热膨胀而蓬松剥离，清洗后氧化层的余量不大于60μm；
通过压缩空气对所述清洗区域吹气，从而将已经蓬松但未完全剥离的氧化层吹掉；
通过纳秒脉冲激光对所述待清洗区域进行清洗，所述纳秒脉冲激光功率为80-200W，扫描速度为6000-10000mm/s，线间距为0.08-0.12mm，脉宽为10-520ns，频率为20-4500KHZ，通过设定所述参数范围内的连续激光将剩下未蓬松的氧化层气化振动去除。
进一步的，通过连续激光对待清洗区域进行第一遍清洗，以使得表面的氧化层受热膨胀而蓬松剥离，清洗后氧化层的余量不大于20μm。
进一步的，通过纳秒脉冲激光对所述待清洗区域进行清洗的次数至少为两次，第一遍所述纳秒脉冲激光功率为150-200W，扫描速度为6000-8000mm/s，线间距为0.08-0.12mm，第一遍之后的所述纳秒脉冲激光功率为80-120W，扫描速度为8000-10000mm，线间距为0.08-0.1mm/s。
进一步的，所述连续激光进行清洗时，调节激光焦点位置在工件上方20-50mm之间。
进一步的，激光清洗过程中还通过抽风装置除去生产过程中产生的烟尘颗粒物以及废气。
本发明通过利用连续激光对氧化层的厚表面加热蓬松剥离，再利用压缩空气将蓬松的氧化层吹除，最后通过脉冲激光的气化振动的原理对氧化层的薄底层进行去除，从而提升对较厚氧化层的清洗效率和清洗质量。
附图说明
图1是本发明的适用于氧化层的激光清洗方法的流程图。
图2是实施例1清洗交界处对比图。
图3是实施例2清洗前氧化皮整体形貌图。
图4是实施例2清洗后基材整体形貌图。
图5是实施例2清洗交界处对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。可以理解的是，附图仅仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的连接关系仅仅是为了便于清晰描述，并不限定连接方式。
需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件时，它可以是直接连接到另一个组件，或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
还需要说明的是，本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1，图1是本发明的激光清洗方法的流程图，本发明提供了一种适用于氧化层的激光清洗方法，氧化层厚度至少为170μm，所述激光清洗方法包括如下步骤。
S100:通过连续激光对待清洗区域进行清洗，所述连续激光功率为1000-2000w，扫描速度为8000-10000mm/s，线间距为0.08-0.12mm，通过设定所述参数范围内的连续激光使得表面的氧化层受热膨胀而蓬松剥离，清洗后氧化层的余量不大于60μm。
S200:通过压缩空气对所述清洗区域吹气，从而将已经蓬松但未完全剥离的氧化层吹掉。
S300:通过纳秒脉冲激光对所述待清洗区域进行清洗，所述纳秒脉冲激光功率为80-200W，扫描速度为6000-10000mm/s，脉宽为10-520ns，频率为20-4500KHZ，线间距为0.08-0.12mm，通过设定所述参数范围内的连续激光将剩下未蓬松的氧化层气化振动去除。
优选的，步骤S100进一步为：通过连续激光对待清洗区域进行第一遍清洗，以使得表面的氧化层受热膨胀而蓬松剥离，清洗后氧化层的余量不大于20μm。
具体的，通过连续激光进行清洗时，调节激光焦点位置在工件上方20-50mm之间，相较于焦点位置小于20mm的激光进行清洗，可以避免清洗时能量过强导致基材损坏，还能通过扩大光斑来增加清洗范围以提高清洗效率；相较于焦点位置大于50mm的激光进行清洗，清洗质量相对较高。
具体的，步骤S300进一步为：
通过纳秒脉冲激光对所述待清洗区域进行清洗的次数可以为一次，也可以为两次或两次以上，通过多次纳秒脉冲激光进行清洗可以相对降低清洗对基材的影响，并且通过多次纳秒脉冲激光清洗相较于一次纳秒脉冲激光清洗的清洗质量更高。
第一遍所述纳秒脉冲激光功率为150-200W，扫描速度为6000-8000mm/s，线间距为0.08-0.12mm，第一遍之后的所述纳秒脉冲激光功率为80-120W，扫描速度为8000-10000mm/s，线间距为0.08-0.1mm。
具体的，激光清洗过程中还通过抽风装置除去生产过程中产生的烟尘颗粒物以及废气，以避免造成环境污染。
本发明利用连续激光的高能量密度使表面氧化层受热膨胀从而蓬松剥离，此部分氧化层吸收了大部分的能量，使得余下的氧化层不会发生过热而损伤基材，再利用纳秒脉冲激光器作用于底层较薄的氧化层，使其气化、共振而剥离，实现基材无损去除。
相较于使用单一连续激光进行清洗，会由于连续激光的高能量密度导致基材受损；使用单一脉冲激光进行清洗和本发明的清洗方法的对比，由下述的实施例1和实施例2对比可得出。
实施例1
实施例1利用200W纳秒脉冲激光器进行清洗，共清洗3遍，样品置于实验台上。
脉冲激光器第1遍清洗参数设置如下：脉冲激光功率为190W，扫描速度为4000mm/s，频率为4000KHz，脉宽为60ns，线间距为0.06mm。
第2遍清洗和第3遍激光清洗参数设置如下：脉冲激光功率为190W，扫描速度为10000mm/s，频率为10KHz，脉宽为510ns，线间距为0.06mm。
清洗方式为振镜平台扫描方式或者手持式清洗，清洗过程中同步使用外部抽尘装置将产生的烟尘颗粒物进行回收。
单独通过脉冲激光进行清洗时，由于脉冲经过激光3遍清洗，基材表面氧化层被彻底清洗干净。表面呈基材初始形貌，无条纹痕迹，清洗效率可达0.4m2/h。
清洗对比结果如图2所示，图2是实施例1清洗交界处对比图，101所指区域为实施例1清洗前的形貌，102所指区域为实施例1清洗后的形貌。
实施例2
实施例2是采用本发明提供的激光清洗方法进行清洗的实施例，具体为利用2000W连续激光器和200W纳秒脉冲激光器组合方式进行清洗，样品置于实验台上。
首先通过连续激光器产生激光进行清洗，其参数设置如下：激光功率为1800W，扫描速度为10000mm/s，线间距为0.12mm，离焦量为+50mm。
其次，利用压缩空气将连续激光清洗后基材表面蓬松、破裂的氧化皮吹掉。
最后采用脉冲激光器进行清洗2遍：第1遍参数设置为脉冲激光功率为190W，扫描速度为8000mm/s，频率为100KHz，脉宽为510ns，线间距为0.12mm；第2遍参数设置为脉冲激光功率为120W，扫描速度为10000mm/s，频率为400KHz，脉宽为20ns，填充线间距为0.1mm。
清洗方式为振镜平台扫描方式或者手持式清洗。经过连续激光和脉冲激光联合清洗，基材表面氧化层被彻底清洗干净。表面呈基材初始形貌，呈基材金属光泽，无条纹痕迹，清洗效率可达1.24m2/h，相比单独采用脉冲激光清洗，其清洗效率明显提升。
清洗对比结果请参阅图3-5，图3是实施例2清洗前氧化皮整体形貌图，图4是实施例2清洗后基材整体形貌图，图5是实施例2清洗交界处对比图，201所指区域为实施例2清洗前的形貌，202所指区域为实施例2清洗后的形貌。
本申请的说明书和权利要求书中，词语“包括/包含”和词语“具有/包括”及其变形，用于指定所陈述的特征、数值、步骤或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数值、步骤、部件或它们的组合。
本发明的一些特征，为阐述清晰，分别在不同的实施例中描述，然而，这些特征也可以结合于单一实施例中描述。相反，本发明的一些特征，为简要起见，仅在单一实施例中描述，然而，这些特征也可以单独或以任何合适的组合于不同的实施例中描述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种适用于氧化层的激光清洗方法，其特征在于，所述氧化层厚度至少为170μm，所述激光清洗方法包括如下步骤：
通过连续激光对待清洗区域进行清洗，所述连续激光功率为1000-2000w，扫描速度为8000-10000mm/s，线间距为0.08-0.12mm通过设定上述参数范围内的连续激光使得表面的氧化层受热膨胀而蓬松剥离，清洗后氧化层的余量不大于60μm；
通过压缩空气对所述清洗区域吹气，从而将已经蓬松但未完全剥离的氧化层吹掉；
通过纳秒脉冲激光对所述待清洗区域进行清洗，所述纳秒脉冲激光功率为80-200W，扫描速度为6000-10000mm/s，脉宽为10-520ns，频率为20-4500KHZ，线间距为0.08-0.12mm，通过设定上述参数范围内的连续激光将剩下未蓬松的氧化层气化振动去除。
2.根据权利要求1所述的激光清洗方法，其特征在于，通过连续激光对待清洗区域进行第一遍清洗，以使得表面的氧化层受热膨胀而蓬松剥离，清洗后氧化层的余量不大于20μm。
3.根据权利要求1所述的激光清洗方法，其特征在于，通过纳秒脉冲激光对所述待清洗区域进行清洗的次数至少为两次，第一遍所述纳秒脉冲激光功率为150-200W，扫描速度为6000-8000mm/s，线间距为0.08-0.12mm，第一遍之后的所述纳秒脉冲激光功率为80-120W，扫描速度为8000-10000mm/s，线间距为0.08-0.1mm。
4.根据权利要求1所述的激光清洗方法，其特征在于，所述连续激光进行清洗时，调节激光焦点位置在工件上方20-50mm之间。
5.根据权利要求1所述的激光清洗方法，其特征在于，激光清洗过程中还通过抽风装置除去生产过程中产生的烟尘颗粒物以及废气。
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