光纖激光器以其更高的可靠性、穩(wěn)定性和靈活性，已成為激光清洗光源的******選擇。

連續(xù)光纖激光器和脈沖光纖激光器作為光纖激光器的兩個(gè)組成部分，在宏觀材料加工和精密材料加工方面處于領(lǐng)先地位。

對(duì)于新興的激光清洗應(yīng)用，應(yīng)該使用連續(xù)激光或脈沖激光有不同的聲音，市場(chǎng)上也有兩種激光清洗設(shè)備使用脈沖和連續(xù)激光，許多工業(yè)終端用戶不知道如何選擇。本文對(duì)連續(xù)和脈沖激光的激光清洗應(yīng)用進(jìn)行了比較測(cè)試，并分析了各自的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。

一

試驗(yàn)材料

1、激光器

激光型號(hào)為YDFLP-CL-200-12-A脈沖激光器，CW-R-B-W-2000是連續(xù)激光器。兩個(gè)激光器的詳細(xì)參數(shù)如表1所示。

表1.脈沖激光器與連續(xù)激光器的參數(shù)比較

2、材料

實(shí)驗(yàn)中使用的樣品1為鋁合金平板，其長(zhǎng)度和寬度為400 mm×400 mm×4 mm。樣品2為碳鋼平板，長(zhǎng)度和寬度為400 mm×400 mm×10 mm。樣品表面噴涂白色油漆，樣件1表面上油漆厚度約20 μm，樣品2表面油漆厚度約400 μm。

二

試驗(yàn)結(jié)果

采用兩種激光器對(duì)兩種材料表面進(jìn)行除漆試驗(yàn)，優(yōu)化激光清洗參數(shù)，獲得脈寬、頻率、掃描速度等******參數(shù)，比較優(yōu)化試驗(yàn)條件下的清洗效果和效率。

1.脈沖激光清洗漆層試驗(yàn)

激光器在脈沖光除漆實(shí)驗(yàn)中的功率為200 W，場(chǎng)鏡焦距為163 mm，激光聚焦光斑的直徑約為0.32 mm。清洗單塊面積13個(gè) mmx13 mm，填充間距為0.16 mm，激光反復(fù)掃描清洗鋁合金表面2次，激光反復(fù)掃描清洗碳鋼表面4次。在保證光斑縱橫疊加率為50%的情況下，試驗(yàn)激光脈寬、頻率、激光掃描速度參數(shù)(如表2所示)對(duì)清洗效果的影響。鋁合金表面除漆試驗(yàn)效果如圖1所示，碳鋼表面除漆試驗(yàn)效果如圖2所示。

表2.鋁合金及碳鋼表面漆層脈沖激光清洗實(shí)驗(yàn)參數(shù)

圖1.脈沖激光清洗鋁合金表面漆層對(duì)比圖

圖2.脈沖激光清潔碳鋼表面漆層對(duì)比圖

相同頻率下，短脈寬比長(zhǎng)脈寬更容易去除鋁合金和碳鋼表面漆層。在相同的脈寬下，頻率越低，越容易損壞基體。當(dāng)頻率大于一定值時(shí)，油漆層的去除效果越差。脈沖激光清洗鋁合金表面漆層的******參數(shù)為15# （激光功率200 W，脈寬100 ns，頻率60 kHz，掃描速度9600 mm/s），碳鋼表面漆層清洗的******參數(shù)為13# （激光功率200 W，脈寬100 ns，頻率40 kHz，掃描速度 ** 00 mm/s），兩個(gè)參數(shù)都去除了漆層，對(duì)樣品基體基本無(wú)損。

2.連續(xù)激光清洗漆層試驗(yàn)

在連續(xù)光除漆實(shí)驗(yàn)中，使用激光器的功率為50%，占20%(相當(dāng)于平均功率200 W），頻率為30 kHz。場(chǎng)鏡焦距為220 mm，激光聚焦光斑的直徑約為0.2 mm。清洗單塊面積13個(gè) mmx13 mm，填充間距0.1 mm，激光重復(fù)掃描鋁合金表面漆層2次，碳鋼表面漆層4次。試驗(yàn)激光掃描速度對(duì)清洗效果的影響，在激光功率、空比、頻率不變的情況下。鋁合金表面除漆的清洗參數(shù)如表3所示，清洗效果如圖3所示。碳鋼表面除漆的清洗參數(shù)如表4所示，清洗效果如圖4所示。

3.鋁合金表面漆層連續(xù)激光清洗實(shí)驗(yàn)參數(shù)

表4.碳鋼表面漆層連續(xù)激光清洗實(shí)驗(yàn)參數(shù)

圖3.連續(xù)激光清洗鋁合金表面漆層在不同激光掃描速度下的對(duì)比圖

圖4.不同激光掃描速度下連續(xù)激光清洗碳鋼表面漆層對(duì)比圖

激光掃描速度越低，對(duì)基體的損傷就越大。掃描速度大于一定值時(shí)，掃描速度越快，漆層去除效果越差。連續(xù)激光清洗鋁合金表面漆層的優(yōu)選參數(shù)為21# （激光功率200 W，頻率30 kHz，掃描速度2000 mm/s），碳鋼表面漆層清洗的******參數(shù)為37#(激光功率2000) W，頻率30 kHz，掃描速度3400 mm/s）。這兩個(gè)參數(shù)不僅去除了碳鋼表面的漆層，而且對(duì)樣品基體的損傷也相對(duì)較小。

三

優(yōu)化參數(shù)結(jié)果及分析

1.對(duì)比宏觀清洗狀況

脈沖光清洗鋁合金表面漆層的優(yōu)選參數(shù)如圖5所示a如圖5所示，連續(xù)光清洗鋁合金表面漆層的******參數(shù)結(jié)果如圖所示b所示。脈沖光清洗后，樣品表面的漆層完全去除，樣品表面呈金屬白色，對(duì)樣品基材幾乎無(wú)損傷。連續(xù)光清洗后，樣品表面的油漆層也完全去除，但樣品表面呈灰黑色，樣品基材也略熔化。因此，連續(xù)光對(duì)比脈沖光更容易損壞基材。

脈沖光清洗碳鋼表面漆層的優(yōu)選參數(shù)如圖5所示c如圖5所示，碳鋼表面漆層連續(xù)光清洗的優(yōu)選參數(shù)結(jié)果如圖所示d所示。脈沖光清洗后，樣品表面的漆層完全去除，樣品表面呈灰黑色，對(duì)樣品基材的損壞較小。連續(xù)光清洗后，樣品表面的漆層也完全去除，但樣品表面呈深黑色，可以直觀地看到樣品表面出現(xiàn)較大的重熔現(xiàn)象。因此，連續(xù)光對(duì)比脈沖光更容易損壞基材。

圖5.脈沖光與連續(xù)光除漆的宏觀效果對(duì)比

2.顯微鏡微觀形狀對(duì)比

從圖6（a）可以看出，用脈沖光清洗鋁合金表面漆層后，樣品表面的油漆已完全去除，樣品表面損壞小，無(wú)激光線。連續(xù)光清洗樣品表如圖6所示（b）油漆也被完全去除，但樣品表面有嚴(yán)重的重熔和激光線。

從圖6（c）可以看出，用脈沖光清洗碳鋼表面漆層后，樣品表面的涂料已完全去除，樣品表面損壞小，清洗后表面相對(duì)平整。連續(xù)光清洗樣品表面如圖6所示（d）油漆也被完全去除，但樣品表面嚴(yán)重熔化，樣品表面不均勻。

圖6.脈沖光與連續(xù)光除漆后樣件表面微觀形貌對(duì)比圖

3.對(duì)比材料表面粗糙度

圖7為激光除漆后表面粗糙度對(duì)比圖。從圖7可以看出，激光清洗鋁合金表面漆層后，脈沖光對(duì)樣品表面的損傷較小，因此清洗后樣品的表面粗糙度接近原材料。連續(xù)光清洗后，樣品表面損傷較大，清洗后樣品表面粗糙度為原材料粗糙度值的1.脈沖光清洗后表面粗糙度粗糙度的1倍.7倍。

激光清洗碳鋼表面漆層后，脈沖光對(duì)樣品表面損傷較小，因此清洗后樣品的表面粗糙度接近原材料，甚至低于原材料。連續(xù)光清洗后，樣品表面損傷較大，導(dǎo)致原材料粗糙度值1.脈沖光清洗后表面粗糙度粗糙度的1倍.7倍。

圖7.激光除漆后表面粗糙度比較

4.比較清潔效率

在鋁合金表面除漆方面，使用脈沖光的除漆效率要遠(yuǎn)高于連續(xù)光的除漆效率，為連續(xù)光的7.7倍。脈沖光的清洗效率為2.77m2/h，連續(xù)光的清洗效率為0.36m2/h。

在碳鋼表面除漆方面，使用脈沖光的除漆效率同樣高于連續(xù)光的除漆效率，為連續(xù)光的3.5倍。脈沖光的清洗效率為1.06m2/h，連續(xù)光的清洗效率為0.3m2/h。

圖8.脈沖光與連續(xù)光除漆效率對(duì)比

四

結(jié)論

試驗(yàn)表明，連續(xù)激光和脈沖激光都能去除材料表面的油漆，達(dá)到清洗效果。

脈沖激光器的清洗效率遠(yuǎn)高于連續(xù)激光器。同時(shí)，脈沖激光器可以更好地控制熱量輸入，防止基底溫度過(guò)高或微熔。

連續(xù)激光的價(jià)格具有優(yōu)勢(shì)，可以通過(guò)使用高功率激光來(lái)彌補(bǔ)效率和脈沖激光之間的差距，但高功率連續(xù)光的熱輸入更大，對(duì)基底的損壞也會(huì)增加。

因此，兩者在應(yīng)用場(chǎng)景上存在根本差異。高精度，需要嚴(yán)格控制基材加熱，需要基材無(wú)損應(yīng)用場(chǎng)景，如模具，應(yīng)選擇脈沖激光。對(duì)于一些大型鋼結(jié)構(gòu)、管道等，由于散熱快，基材損壞要求不高，可選擇連續(xù)激光。

轉(zhuǎn)載自：杰普特激光

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