CN114505297A - 一种板式换热片的激光清洗强化复合除锈方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板式换热片的激光清洗强化复合除锈方法，属于激光清洗和激光冲击强化技术领域。该除锈方法首先使用高功率高重频的激光辐照在换热片生锈部位，以除去板式换热片表面氧化层；然后在换热片表面粘贴牺牲层，并喷洒水膜；再使用高能激光辐照到换热片表面的牺牲层上，对清洗后的换热片基体进行激光冲击强化处理后，去除换热片表面的牺牲层；将板式换热器翻面，重复上述操作过程。本发明复合除锈技术能够提高清洗后换热片表面的致密性，从而提高基体的耐腐蚀性。
Description
技术领域
本发明涉及激光清洗和激光冲击强化技术领域，具体涉及一种板式换热片的激光清洗强化复合除锈方法。
背景技术
板式换热片是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能零件。板式换热片在核电、石油、化工等领域都有广泛的应用。但由于换热片为不锈钢材料，当长时间接触水后，尤其是海水，尽管表面有一层钝化膜，但是依然会生锈从而影响换热效率。激光清洗技术采用高功率高重频的激光辐照在换热片生锈的表面上，使表面氧化物瞬间发生蒸发和剥离，从而达到表面除锈的目的，但经过激光清洗后不仅除掉了表面的钝化膜，且使表面材料组织稀松，导致换热片表面耐腐性降低，若重新使用则很快生锈。
发明内容
针对现有板式换热片除锈效果不好、容易再次生锈的不足之处，本发明的目的在于提供一种板式换热片的激光清洗强化复合除锈方法，该方法首先利用激光清洗技术去除表面的氧化物，然后利用激光冲击强化的技术提高清洗后表面的致密性，提高基体的耐腐蚀性。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种板式换热片的激光清洗强化复合除锈方法，包括以下步骤：
(1)将板式换热片安装在加工平台上；
(2)激光清洗除锈：使用高功率高重频的激光辐照在换热片生锈部位，以除去板式换热片表面氧化层，使换热片露出新鲜的基体表面；
(3)在板式换热片经激光清洗的部位上粘贴牺牲层，然后用喷嘴在牺牲层表面喷水形成一层稳定的水膜；
(4)使用高能激光辐照到换热片表面的牺牲层上，对清洗后的换热片基体进行激光冲击强化处理；
(5)去除换热片表面的牺牲层；
(6)将板式换热器翻面，重复操作步骤(2)-(5)。
步骤(2)中，采用激光辐照除去换热片表面氧化层的过程中，激光功率30-100W，频率10-50KHz，光斑运动速度2000-8000mm/s，清洗次数1-4次。
步骤(3)中，所述牺牲层为黑胶带。
步骤(3)中，所述牺牲层厚度0.1-0.3mm，所述水膜厚度1-2mm。
步骤(4)激光冲击强化处理中，激光能量5-10J，光斑直径2-5mm，激光脉宽10-20ns，搭接率30-70％，冲击次数1-4次。
本发明具有以下有益效果及优点：
1、对于换热片除锈问题，本发明先通过激光清洗去除表面氧化物，再通过激光冲击强化技术提高基体的致密性，从而提高除锈后基体的耐腐性能，防止再次生锈。激光冲击强化是利用高能短脉冲激光辐照到材料表面的牺牲层上(通常为黑胶带)，牺牲层吸收激光迅速汽化为等离子体，形成高压的冲击波，受外表面透明的约束层(通常为水)的约束下，向材料内部传播，在冲击波的作用下在很短的时间内使材料表面发生塑性变形，伴随晶粒细化、位错、孪晶等微观组织形态的改变，从而提高换热片的耐腐蚀性能。
2、本发明激光参数可控，除锈的效果稳定性较好。
3、本发明复合除锈方法环境污染小，不需使用任何化学药剂和清洗液。
4、本发明除锈过程中，激光可以通过光纤和镜片传输，与机器手相配合，方便地实现远距离操作。
5、经激光复合除锈后换热片基体耐腐蚀性好，不易再次生锈。
附图说明
图1为本发明除锈方法操作流程。
图2为采用激光清洗去除氧化层前后宏观图片。
图3为采用激光清洗后和激光冲击强化后换热片表面电化学极化图。
具体实施方式
下面结合附图1-3及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明方法是先利用高功率高重频的激光辐照到板式换热片表面的氧化物上使其剥离，再利用高能量短脉冲激光辐照到清洗后的表面牺牲层上提高基体的致密性，从而使材料达到生锈前的耐腐蚀性能。
实施例1
本发明除锈方法采用激光复合除锈装置进行，激光复合除锈装置包括激光器Ⅰ、激光器Ⅱ、送水系统、加工平台及定位夹紧装置和机器人。激光器Ⅰ、激光器Ⅱ和送水系统与机器人末端相连，使其运动到零件生锈位置。
本发明提供的基于激光清洗与激光冲击强化的板式换热片的复合除锈方法具体如下：
1、板式换热片材料为316L，安装在加工平台的指定位置上，并夹紧。
2、使用激光器Ⅰ产生高功率激光辐照到换热片生锈部位，激光功率50W，频率20KHz，光斑运动速度6000mm/s，清洗次数2次，处理板式表面的氧化物，使换热片露出新鲜的基体表面，清洗前后如图2所示。
3、将换热片激光清洗部位粘贴牺牲层，牺牲层为3M公司生产的黑胶带厚度0.13mm，并用喷嘴在牺牲层表面喷水形成一层稳定的水膜，水膜厚度1.2mm。
4、使用激光器Ⅱ产生高能激光辐照到表面的牺牲层上，对清洗后的基体进行强化。激光能量10J，光斑直径3mm，激光脉宽15ns，搭接率50％，冲击次数1次。
5、手工去除板式散热片表面的黑胶带。
6、将板式换热器翻面，重复步骤2-5。
针对激光复合除锈后的材料进行电化学极化实验，使用电化学工作站对板式散热片耐腐蚀性进行检测，电化学工作站型号为上海辰华公司生产的CHI 760E，把试样与金属导线连接，然后接入金属电极，置于3.5wt.％的NaCl溶液，放入电化学工作站中并通电，扫描速率10mV/s，电位扫描范围为-0.8-0.2V。参比电极为氯化银电极(跟标准氢极电极相差+0.224V)。并与原始未生锈的基体进行对比，实验结果如图3所示。
由实验结果可知，激光清洗后电位向负电位偏转，耐腐蚀性降低。激光冲击强化后电位向正电位偏转，接近材料本身的水平，因此采用激光复合除锈方法可以很好的保证材料不容易二次生锈。
Claims (5)
1.一种板式换热片的激光清洗强化复合除锈方法，其特征在于：该除锈方法包括以下步骤：
(1)将板式换热片安装在加工平台上；
(2)激光清洗除锈：使用高功率高重频的激光辐照在换热片生锈部位，以除去板式换热片表面氧化层，使换热片露出新鲜的基体表面；
(3)在板式换热片经激光清洗的部位上粘贴牺牲层，然后用喷嘴在牺牲层表面喷水形成一层稳定的水膜；
(4)使用高能激光辐照到换热片表面的牺牲层上，对清洗后的换热片基体进行激光冲击强化处理；
(5)去除换热片表面的牺牲层；
(6)将板式换热器翻面，重复操作步骤(2)-(5)。
2.根据权利要求1所述的板式换热片的激光清洗强化复合除锈方法，其特征在于：步骤(2)中，采用激光辐照除去换热片表面氧化层的过程中，激光功率30-100W，频率10-50KHz，光斑运动速度2000-8000mm/s，清洗次数1-4次。
3.根据权利要求1所述的板式换热片的激光清洗强化复合除锈方法，其特征在于：步骤(3)中，所述牺牲层为黑胶带。
4.根据权利要求1所述的板式换热片的激光清洗强化复合除锈方法，其特征在于：步骤(3)中，所述牺牲层厚度0.1-0.3mm，所述水膜厚度1-2mm。
5.根据权利要求1所述的板式换热片的激光清洗强化复合除锈方法，其特征在于：步骤(4)激光冲击强化处理中，激光能量5-10J，光斑直径2-5mm，激光脉宽10-20ns，搭接率30-70％，冲击次数1-4次。
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