CN115156197A - 一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统及清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了激光干式清洗技术领域的一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统及清洗方法，旨在解决现有技术中对铝合金进行清洗时易对铝合金性能造成影响的问题。其包括纳秒级光纤激光器、百纳秒级光纤激光器、封装光路系统、控制系统和待加工工件，所述纳秒级光纤激光器和百纳秒级光纤激光器均与控制系统通信连接，所述封装光路系统包括隔离器、振动反射镜和F透镜，两个所述隔离器分别与纳秒级光纤激光器和百纳秒级光纤激光器连接，两束激光经由反射镜和F透镜在工件上形成两条往复运动的光斑线。本发明用于解决传统清洗铝合金探伤液的方式导致铝合金损伤的问题，可防止铝合金损伤的同时消除生成新的氧化膜，有利于保证铝合金工件自身良好的特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统及清洗方法，属于激光干式清洗技术领域。
背景技术
铝合金工件在焊接后一般需要进行无损探伤检测，来确定焊缝内部是否存在明显缺陷。无损检测的方法包括射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤等等，渗透探伤是其中的一种重要无损检测方法，也是大型构件长距离焊缝的主要检测手段。在探伤结束之后，工件表面的无损探伤液需要进行清洗，否则其残留将导致后续涂装时结合强度下降进而损伤粘接强度，使保护层失效。传统的机械打磨或者化学清洗的方式对工件表面容易造成损伤，过量氧化影响涂装的问题，因此需要寻找一种更高效环保的方式来解决。在本发明专利主要是采用高效环保的激光干式清洗方法以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统及清洗方法，用于解决传统清洗铝合金探伤液的方式导致铝合金损伤的问题，可防止铝合金损伤的同时消除生成新的氧化膜，有利于保证铝合金工件自身良好的特性。
为实现上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
一方面，本发明提供的一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统，包括纳秒级光纤激光器、百纳秒级光纤激光器、封装光路系统、控制系统和待加工工件，所述纳秒级光纤激光器和百纳秒级光纤激光器均与控制系统通信连接；
所述封装光路系统包括两个隔离器、两个振动反射镜和一个F透镜，两个所述隔离器通过光纤线缆分别与纳秒级光纤激光器和百纳秒级光纤激光器连接，两个所述振动反射镜用于将两个隔离器射出的激光投射在F透镜上，两束激光经由反射镜和F透镜在待加工工件上形成两条往复运动的光斑线；
所述封装光路系统可受电气系统控制在光斑线的垂线方向上进行移动。
具体的，两个所述振动反射镜分别受两个振动电机控制，所述振动电机控制振动反射镜的运动过程为往复转动或往复移动。
另一方面，本发明提供的一种铝合金探伤液的复式光源清洗方法，包括上述所述的一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：组装并调试复式光源清洗系统，调试时确认百纳秒级光纤激光器投射激光的覆盖范围涵盖沿封装光路系统运动方向的纳秒级光纤激光器所投射的激光范围，确保两束激光在动作过程中可全面扫过铝合金件的同时、百纳秒级光纤激光器投射激光可除去新生成的氧化膜，设定相关执行参数；
步骤S2：调整待加工工件和封装光路系统的初始或相对位置；
步骤S3：控制振动反射镜动作稳定后，再由控制系统控制纳秒级光纤激光器和百纳秒级光纤激光器启动；
步骤S4：控制封装光路系统沿铝合金表面光斑线的垂线稳定移动，执行相应的动作次数，直至设定清洗工作完成后关闭激光器。
具体的，所述步骤S1中，控制百纳秒级光纤激光器所投射光斑线的覆盖范围在封装光路系统动作时始终大于纳秒级光纤激光器所投射光斑线的覆盖范围。
具体的，所述纳秒级光纤激光器所投射光斑的直径为0.03~0.05mm，所述百纳秒级光纤激光器所投射光斑的直径为0.05~0.1mm。
具体的，还包括步骤S5：观察清洗后的表面状态，当清洗效果未达到要求时重复步骤S2-S4，直至清洗效果达到要求。
具体的，所述步骤S1中，相关执行参数的设定根据探伤液的覆盖厚度进行选择：纳秒级光纤激光平均功率为200~500W，可调脉宽为1~5ns，激光重复频率为60~200kHz，激光光斑直径为0.03~0.05mm，脉冲能量为0.5~10mJ；百纳秒级光纤激光器平均功率10~100W，可调脉宽为100~300ns，激光重复频率为60~400kHz，激光光斑直径为0.05~0.1mm，脉冲能量不超过0.5mJ。
具体的，所述步骤S1中执行参数具体设定为：
在无损探伤液厚度为1~20μm时，纳秒级激光器的激光功率选择200~300W，脉宽选择3~5ns，清洗速度选择55~75cm/min；百纳秒级激光器的激光功率选择10~30W，脉宽100-200ns，清洗速度选择55~75cm/min；
在无损探伤液厚度为20~40μm时，纳秒级激光器的激光功率选择300~400W，脉宽选择1~4ns，清洗速度选择60~75cm/min；百纳秒级激光器的激光功率选择30~70W，脉宽100-300ns，清洗速度选择60~75cm/min；
在无损探伤液厚度为40μm以上时，纳秒级激光器的激光功率选择400~500W，脉宽选择1~2ns，清洗速度选择65~75cm/min；百纳秒级激光器的激光功率选择60~100W，脉宽200-300ns，清洗速度选择65~75cm/min。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
1、本发明所构建的一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统，由纳秒级光纤激光器的脉冲激光束辐照铝合金表面的无损探伤液，使得探伤液可吸收激光能量直接瞬间汽化蒸发，此时再利用百纳秒级光纤激光器的脉冲激光束辐照，可使纳秒级激光器辐照工件表面后使新生成氧化膜受热-冲击复合作用去除，可解决现用工艺（机械打磨和化学清洗）存在的清洗效率低下、清洗表面质量差及铝合金受水分影响过量氧化影响后续涂装的问题；
2、本发明为不同厚度的无损探伤液提供了具体的清洗设置参数，为仪器功率等执行参数的设定提供了具体参考指标，有利于在短时间内选择合适的参数去除工件表面的探伤液，可有效提升装置工作效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统的构成示意图；
图2是本发明实施例提供的两种光斑线的路径叠加示意图；
附图标记：1、控制系统；2、纳秒级光纤激光器；3、百纳秒级光纤激光器；4、封装光路系统；401、隔离器；402、振动反射镜；403、F透镜；5、光纤线缆；6、待加工工件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“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。
在本发明的描述中，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
本发明实施例提供的一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统，用于解决传统清洗铝合金探伤液的方式导致铝合金损伤的问题，可防止铝合金损伤的同时消除生成新的氧化膜，有利于保证铝合金工件自身良好的特性，为实现系统的结构功能，这里设置系统包括纳秒级光纤激光器2、百纳秒级光纤激光器3、封装光路系统4、控制系统1和待加工工件6，将纳秒级光纤激光器2和百纳秒级光纤激光器3均与控制系统1通信连接，由控制系统1进行控制或进行参数设定，该系统由生成的纳秒级激光辐照工件表面，使得探伤液吸收激光能量直接蒸发，由于纳秒级热作用会造成活泼铝合金表面再次氧化，因此系统额外设置百纳秒级光纤激光器3用于去除新生成的氧化膜（氧化膜受热-冲击复合作用去除），以避免系统在工件的清洗工作中影响工件原本的性能；为保障激光稳定投射在铝合金工件上，这里设置封装光路系统4包括两个隔离器401、两个振动反射镜402和一个F透镜403，具体的，将两个隔离器401通过光纤线缆5分别与纳秒级光纤激光器2和百纳秒级光纤激光器3连接，此时的两个振动反射镜402用于将两个隔离器401射出的激光投射在F透镜403上，两束激光可经由振动反射镜402和F透镜403在待加工工件6上形成两条往复运动的光斑线（系统连接关系示意可参照图1所示），关于光斑线的往复动作，其主要由对振动反射镜402的控制实现，具体实现方式众多这里不做过多阐述，优选光斑的往复动作频率在10~200Hz之间；为实现激光光路的全局扫描辐照，这里设置封装光路系统4可受电气系统控制在光斑线的垂线方向上进行移动（若以图1所示为例，此时封装光路系统将进行左右方向上的移动）。
本发明实施例提供的一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统，具体提供了振动反射镜的控制方式，此时可设置两个振动反射镜402分别受两个振动电机控制，振动电机控制振动反射镜402的运动过程为往复转动或往复移动，应当注意的是，通过往复转动的方式由角度控制可以加快激光的往复频率，但激光光斑辐照在工件局部表面所停留的时间非稳定值，通过往复移动方式（预先固定振动反射镜402的角度）虽然可以稳定光斑停留在工件表面各区域上稳定的辐照时间，但难以像角度变化快速改变光路，因此光斑的往复动作频率相对较低，具体设置方式可根据实际使用需求进行选择。
实施例二：
本发明实施例提供的一种铝合金探伤液的复式光源清洗方法，其与实施例一的不同之处在于额外提供了一种清洗方法为实施例一中的系统提供有效设置参考，其包括实施例一中的复式光源清洗系统，具体设置方法包括如下步骤：
步骤S1：组装并调试复式光源清洗系统，调试时确认百纳秒级光纤激光器3投射激光的覆盖范围涵盖沿封装光路系统4运动方向的纳秒级光纤激光器2所投射的激光范围，确保两束激光在动作过程中可全面扫过铝合金件的同时、百纳秒级光纤激光器3投射激光可除去新生成的氧化膜（此处的设置应当注意的是封装光路系统在移动中，应当确保百纳秒及激光覆盖或落后于纳秒级激光，避免纳秒级激光后动作生成的氧化膜无法被除去），设定相关执行参数；
步骤S2：调整待加工工件6和封装光路系统4的初始或相对位置；
步骤S3：控制振动反射镜402动作稳定后，再由控制系统1控制纳秒级光纤激光器2和百纳秒级光纤激光器3启动，此时启动后的激光将直接稳定进行周期性往复动作形成光斑线，有利于保证铝合金表面初始位置的清洗效果；
步骤S4：控制封装光路系统4沿铝合金表面光斑线的垂线稳定移动，执行相应的动作次数，直至设定清洗工作完成后关闭激光器。
本发明实施例提供的一种铝合金探伤液的复式光源清洗方法，考虑到设备可能存在的循环清洗需求，若受到运动方向的影响而导致无法除去氧化膜则会失去设备的主要技术效果，因此可在步骤S1中，控制百纳秒级光纤激光器3所投射光斑线的覆盖范围在封装光路系统4动作时始终大于纳秒级光纤激光器2所投射光斑线的覆盖范围（可参照图2所示），此时的封装光路系统4在进行往复动作时，不会因为运动方向的改变而导致百纳秒级激光无法除去新生成的氧化膜，可有效简化设备使用，提升装置运行效率。
本发明实施例提供的一种铝合金探伤液的复式光源清洗方法，具体提供了一种用于清洗探伤液的光斑设置参数，优选的，这里设置纳秒级光纤激光器2所投射光斑的直径范围在0.03~0.05mm，百纳秒级光纤激光器3所投射光斑的直径范围在0.05~0.1mm。
本发明实施例提供的一种铝合金探伤液的复式光源清洗方法，考虑到一次性设定清洗参数后的清洗可能无法准确完成清洗需求，为此，这里还包括步骤S5：观察清洗后的表面状态，当清洗效果未达到要求时重复步骤S2-S4，直至清洗效果达到要求。
本发明实施例提供的一种铝合金探伤液的复式光源清洗方法，限定了参数的设置范围，使操作人员可根据实际使用需求对参数进行范围内合适的调整，具体的，在步骤S1中，相关执行参数的设定可根据探伤液的覆盖厚度进行选择，具体参数的设置范围为：纳秒级光纤激光器2平均功率为200~500W，可调脉宽为1~5ns，激光重复频率为60~200kHz，激光光斑直径为0.03~0.05mm，脉冲能量为0.5~10mJ；百纳秒级光纤激光器3平均功率10~100W，可调脉宽为100~300ns，激光重复频率为60~400kHz，激光光斑直径为0.05~0.1mm，脉冲能量不超过0.5mJ。
本发明实施例提供的一种铝合金探伤液的复式光源清洗方法，进一步细化了不同厚度探伤液的清洗设置参数，为探伤液的清洗提供了有效的数据参考，可有效提升装置的清洗效果，其中，步骤S1中执行参数具体设定为：
在无损探伤液厚度为1~20μm时，纳秒级光纤激光器2的激光功率选择200~300W，脉宽选择3~5ns，清洗速度选择55~75cm/min；百纳秒级光纤激光器3的激光功率选择10~30W，脉宽100-200ns，清洗速度选择55~75cm/min；
在无损探伤液厚度为20~40μm时，纳秒级光纤激光器2的激光功率选择300~400W，脉宽选择1~4ns，清洗速度选择60~75cm/min；百纳秒级光纤激光器3的激光功率选择30~70W，脉宽100-300ns，清洗速度选择60~75cm/min；
在无损探伤液厚度为40μm以上时，纳秒级光纤激光器2的激光功率选择400~500W，脉宽选择1~2ns，清洗速度选择65~75cm/min；百纳秒级光纤激光器3的激光功率选择60~100W，脉宽200-300ns，清洗速度选择65~75cm/min。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统，其特征在于，包括纳秒级光纤激光器（2）、百纳秒级光纤激光器（3）、封装光路系统（4）、控制系统（1）和待加工工件（6），所述纳秒级光纤激光器（2）和百纳秒级光纤激光器（3）均与控制系统（1）通信连接；
所述封装光路系统（4）包括两个隔离器（401）、两个振动反射镜（402）和一个F透镜（403），两个所述隔离器（401）通过光纤线缆（5）分别与纳秒级光纤激光器（2）和百纳秒级光纤激光器（3）连接，两个所述振动反射镜（402）用于将两个隔离器（401）射出的激光投射在F透镜（403）上，两束激光经由振动反射镜（402）和F透镜（403）在待加工工件（6）上形成两条往复运动的光斑线；
所述封装光路系统（4）可受电气系统控制在光斑线的垂线方向上进行移动。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统，其特征在于，两个所述振动反射镜（402）分别受两个振动电机控制，所述振动电机控制振动反射镜（402）的运动过程为往复转动或往复移动。
3.一种铝合金探伤液的复式光源清洗方法，其特征在于，包括权利要求1或2中所述的一种铝合金探伤液的复式光源清洗系统，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：组装并调试复式光源清洗系统，调试时确认百纳秒级光纤激光器（3）投射激光的覆盖范围涵盖沿封装光路系统（4）运动方向的纳秒级光纤激光器（2）所投射的激光范围，确保两束激光在动作过程中可全面扫过铝合金件的同时、百纳秒级光纤激光器（3）投射激光可除去新生成的氧化膜，设定相关执行参数；
步骤S2：调整待加工工件（6）和封装光路系统（4）的初始或相对位置；
步骤S3：控制振动反射镜（402）动作稳定后，再由控制系统（1）控制纳秒级光纤激光器（2）和百纳秒级光纤激光器（3）启动；
步骤S4：控制封装光路系统（4）沿铝合金表面光斑线的垂线稳定移动，执行相应的动作次数，直至设定清洗工作完成后关闭激光器。
4.根据权利要求3所述的一种铝合金探伤液的复式光源清洗方法，其特征在于，所述步骤S1中，控制百纳秒级光纤激光器（3）所投射光斑线的覆盖范围在封装光路系统（4）动作时始终大于纳秒级光纤激光器（2）所投射光斑线的覆盖范围。
5.根据权利要求4所述的一种铝合金探伤液的复式光源清洗方法，其特征在于，所述纳秒级光纤激光器（2）所投射光斑的直径为0.03~0.05mm，所述百纳秒级光纤激光器（3）所投射光斑的直径为0.05~0.1mm。
6.根据权利要求3所述的一种铝合金探伤液的复式光源清洗方法，其特征在于，还包括步骤S5：观察清洗后的表面状态，当清洗效果未达到要求时重复步骤S2-S4，直至清洗效果达到要求。
7.根据权利要求3所述的一种铝合金探伤液的复式光源清洗方法，其特征在于，所述步骤S1中，相关执行参数的设定根据探伤液的覆盖厚度进行选择：纳秒级光纤激光器（2）平均功率为200~500W，可调脉宽为1~5ns，激光重复频率为60~200kHz，激光光斑直径为0.03~0.05mm，脉冲能量为0.5~10mJ；百纳秒级光纤激光器（3）平均功率10~100W，可调脉宽为100~300ns，激光重复频率为60~400kHz，激光光斑直径为0.05~0.1mm，脉冲能量不超过0.5mJ。
8.根据权利要求7所述的一种铝合金探伤液的复式光源清洗方法，其特征在于，所述步骤S1中执行参数具体设定为：
在无损探伤液厚度为1~20μm时，纳秒级光纤激光器（2）的激光功率选择200~300W，脉宽选择3~5ns，清洗速度选择55~75cm/min；百纳秒级光纤激光器（3）的激光功率选择10~30W，脉宽100-200ns，清洗速度选择55~75cm/min；
在无损探伤液厚度为20~40μm时，纳秒级光纤激光器（2）的激光功率选择300~400W，脉宽选择1~4ns，清洗速度选择60~75cm/min；百纳秒级光纤激光器（3）的激光功率选择30~70W，脉宽100-300ns，清洗速度选择60~75cm/min；
在无损探伤液厚度为40μm以上时，纳秒级光纤激光器（2）的激光功率选择400~500W，脉宽选择1~2ns，清洗速度选择65~75cm/min；百纳秒级光纤激光器（3）的激光功率选择60~100W，脉宽200-300ns，清洗速度选择65~75cm/min。
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