CN111389941B - 一种热轧不锈钢表面氧化层的激光清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种热轧不锈钢表面氧化层的激光清洗方法，涉及一种热轧不锈钢板表面氧化层的环保、经济且快速去除方法，可解决热轧不锈钢表面致密的氧化层对使用性能影响大、难去除的技术问题。具体步骤包括：将热轧不锈钢板置于光学平台，调节振镜位置使激光焦点落在钢板附近；针对氧化层厚度和种类，设定激光清洗参数；打开气体保护系统和烟雾净化系统，激发激光器，对氧化层开展激光清洗。本发明采用振镜扫描式激光加工系统，对热轧不锈钢表面进行激光清洗。清洗时不但效率高、污染小、易自动化控制，而且清洗表面光洁无污染、粗糙度低。
Description
技术领域
本发明涉及表面激光清洗技术领域，具体涉及一种热轧不锈钢表面氧化层的激光清洗方法。
背景技术
不锈钢主要通过向普通合金钢中添加大量的Cr、Ni、Mo等合金元素，在材料表面形成一层致密的钝化膜，从而显著提高表面的氧化与腐蚀性能。由于耐腐蚀性能好、力学性能优异且成本较低，不锈钢是建筑、家电、食品、医疗等行业最广泛应用的结构材料之一。
实际生产过程中，不锈钢板通常需要经过冶炼、铸造轧制等生产工序。热加工时，不锈钢表面会因为高温下的长时间氧化而产生的一定厚度的氧化层。热轧不锈钢表面氧化层不仅会影响产品的表面美观和焊接等性能，而且会增加后续冷轧加工时粘辊、断带等风险。为了保证热轧产品直接使用或进行后续冷轧时的表面质量，不锈钢表面氧化层在热加工后通常需要清洗去除。尽管传统热轧钢板表面氧化层都能通过酸洗处理有效去除，但因为不锈钢强耐蚀性能，普通的酸性溶液很难将表面完全清洗。工业上通常需要通过机械喷丸或强腐蚀性的酸液长时间浸泡来清洗热轧不锈钢表面氧化层，清洗的效率低且对环境污染程度大。
激光清洗是利用激光与材料相互作用，产生蒸发、剥离、烧蚀和冲击波等效应，实现材料表面油渍、锈迹、氧化层、油漆等异物去除的方法。利用激光清洗热轧氧化层不仅效率高、易于自动化控制对基体的损伤小，而且通过烟雾净化系统将清洗的产物回收后，清洗过程对环境污染程度很低。
发明内容
本发明提出的一种热轧不锈钢表面氧化层的激光清洗方法，可解决热轧不锈钢表面致密的氧化层对使用性能影响大、难去除的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种热轧不锈钢表面氧化层的激光清洗方法，包括以下步骤：
步骤一、将热轧不锈钢板放置于光学平台，根据钢板厚度的差异纵向调节振镜位置，使光束的焦点聚焦在钢板表面附近；
步骤二、根据热轧不锈钢种类和氧化层厚度差异设定激光清洗参数；
步骤三、开启气体保护系统和烟雾回收系统；
步骤四、激发激光器，对氧化层开展激光清洗。
其中，
步骤一中所述的不锈钢包括了各种牌号的奥氏体、铁素体、马氏体等不锈钢；
激光焦点在钢板表面附近指保证聚焦误差在±1mm以内。
步骤二中所述的激光加工参数包括准连续激光的平均功率，调整范围为20W-3000W；激光脉冲重复频率，调整范围为1-70kHz；激光脉冲宽度，调整范围为1-10ms；填充线间距，调整范围为0.01-0.06mm；扫描速率，调整范围为10mm/s-8000mm/s；扫描次数为1-100次。
步骤三中的保护气体可以为氮气、氩气等惰性气体，气体流量范围为2-50L/min。
由上述技术方案可知，本发明的一种热轧不锈钢表面氧化层的激光清洗方法，基于氧化层与基体损伤阈值的差异，通过高能脉冲激光对氧化层的精确烧蚀、振镜快速扫描、保护气体吹扫和吸烟器过滤等过程实现热轧不锈钢表面光亮、低损伤的激光清洗。具体步骤包括：将热轧不锈钢板置于光学平台，调节振镜位置使激光焦点落在钢板附近；针对氧化层厚度和种类，设定激光清洗参数；打开气体保护系统和烟雾净化系统，激发激光器，对氧化层开展激光清洗。本发明可以代替传统强酸腐蚀和机械方法，解决大量热轧不锈钢表面去除的工业难题。
本发明采用振镜扫描式激光加工系统，对热轧不锈钢表面进行激光清洗。清洗时不但效率高、污染小、易自动化控制，而且清洗表面光洁无污染、粗糙度低。
具体的说，本发明包括以下优点：
(1)清洗过程不需要任何酸碱试剂，对环境的污染很低；
(2)清洗效率高，易自动化控制，适用于工业化生产；
(3)清洗后表面光洁且损伤程度小。
附图说明
图1是本发明的方法流程示意图；
图2是基于振镜的热轧不锈钢表面氧化层激光清洗系统示意图；
图3是三个实施例分别激光清洗前后热轧不锈钢表面形貌对比示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例所述的热轧不锈钢表面氧化层的激光清洗方法，利用激光束与材料表面作用时的热力效应，精确快速地去除热轧不锈钢表面氧化层，包括以下步骤：
步骤一、将热轧不锈钢板放置于光学平台，根据钢板厚度的差异纵向调节振镜位置，使光束的焦点聚焦在钢板表面附近；
步骤二、根据热轧不锈钢种类和氧化层厚度差异设定激光清洗参数；
步骤三、开启气体保护系统和烟雾回收系统；
步骤四、激发激光器，对氧化层开展激光清洗。
其中，
步骤一中所述的不锈钢包括了各种牌号的奥氏体、铁素体、马氏体等不锈钢；激光焦点在钢板表面附近指保证聚焦误差在±1mm以内。
步骤二中所述的激光加工参数包括准连续激光的平均功率，20W-3000W；激光脉冲重复频率，调整范围为1-70kHz；激光脉冲宽度，调整范围为1-10ms；填充线间距，调整范围为0.01-0.06mm；扫描速率，调整范围为10mm/s-8000mm/s；扫描次数为1-100次。其中加工参数依据氧化层厚度和种类选择，在保证清洗效率和质量的前提下，降低激光清洗对表面的损伤程度。
步骤三中的保护气体可以为氮气、氩气等惰性气体，气体流量范围为2-50L/min。
以下结合附图举例说明本发明实施例：
实施例1：
(1)如图2所示，将厚度为4mm，氧化层厚度约为30μm的热轧铁素体不锈钢钢板置于光学平台，调节振镜Z轴，使焦点落在钢板表面；
(2)设定一个面积为4mm×4mm的激光清洗区域，填充方式为“弓”形填充，线间距为0.03mm。
激光清洗参数为：波长为1024nm，功率为300W，扫描速率为1000mm/s，频率为50kHz，脉冲宽度为6ms；激光清洗时的保护气流量为10L/min，扫描次数为1次；
(3)开启保护气吹扫和污染物洁净系统，激发激光器，开展激光清洗，清洗前后的表面宏观形貌对比如图3(a)所示。由于激光脉冲宽度低，能量小，表面氧化层未完全清洗去除。
实施例2：
(1)如图2所示，将厚度为4mm，氧化层厚度约为30μm的热轧铁素体不锈钢钢板置于光学平台，调节振镜Z轴，使焦点落在钢板表面；
(2)设定一个面积为4mm×4mm的激光清洗区域，填充方式为“弓”形填充，线间距为0.03mm。
激光清洗参数为：波长为1024nm，功率为300W，扫描速率为1000mm/s，频率为50kHz，脉冲宽度为8ms；激光清洗时的保护气流量为10L/min，扫描次数为1次；
(3)开启保护气吹扫和污染物洁净系统，激发激光器，开展激光清洗，清洗前后的表面宏观形貌对比如图3(b)所示。激光清洗后表面光洁无污染，达到传统强酸酸洗和机械加工去除氧化层效果，具有环保、效率高、成本低等优势。
实施例3：
(1)如图2所示，将厚度为4mm，氧化层厚度约为30μm的热轧铁素体不锈钢钢板置于光学平台，调节振镜Z轴，使焦点落在钢板表面；
(2)设定一个面积为4mm×4mm的激光清洗区域，填充方式为“弓”形填充，线间距为0.03mm。
激光清洗参数为：波长为1024nm，功率为300W，扫描速率为1000mm/s，频率为50kHz，脉冲宽度为10ms；激光清洗时的保护气流量为10L/min，扫描次数为1次；
(3)开启保护气吹扫和污染物洁净系统，激发激光器，开展激光清洗，清洗前后的表面宏观形貌对比如图3(c)所示。由于激光脉冲宽度过高，能量大，导致清洗时发生二次氧化，表面呈浅黄色，无金属光泽。
综上所述，本发明采用基于振镜快速扫描式准连续光纤激光加工系统，对热轧不锈钢表面几微米至数百微米厚度的氧化层进行激光清洗。激光清洗后不锈钢板表面光亮整洁，可以代替传统强酸清洗或机械去除方法。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种热轧不锈钢表面氧化层的激光清洗方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一、将热轧不锈钢板放置于光学平台，根据钢板厚度的差异纵向调节振镜位置，使光束的焦点聚焦在钢板表面附近；
步骤二、根据热轧不锈钢种类和氧化层厚度差异设定激光清洗参数；
步骤三、开启气体保护系统和烟雾回收系统；
步骤四、激发激光器，对热轧不锈钢板的氧化层开展激光清洗；
其中，
所述步骤三中的保护气体为惰性气体，气体流量范围为2-50L/min；
其中，
步骤二中所述的激光加工参数包括准连续激光的平均功率20W-3000W；
激光脉冲重复频率，调整范围为1-70kHz；
激光脉冲宽度，调整范围为1-10ms；
填充线间距，调整范围为0.01-0.06mm；
扫描速率，调整范围为10mm/s-8000mm/s；
扫描次数为1-100次。
2.根据权利要求1所述的热轧不锈钢表面氧化层的激光清洗方法，其特征在于：所述步骤一中的不锈钢包括奥氏体、铁素体、马氏体不锈钢。
3.根据权利要求1所述的热轧不锈钢表面氧化层的激光清洗方法，其特征在于：所述步骤一中激光焦点在钢板表面的±1mm以内。
4.根据权利要求1所述的热轧不锈钢表面氧化层的激光清洗方法，其特征在于：所述保护气体为氮气或氩气。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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