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連續激光VS脈沖激光,激光清洗應用如何選?

發布時間:2022-08-07 21:53:32 人氣:180

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

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

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對于新興的激光清洗應用,應該使用連續激光或脈沖激光有不同的聲音,市場上也有兩種激光清洗設備使用脈沖和連續激光,許多工業終端用戶不知道如何選擇。本文對連續和脈沖激光的激光清洗應用進行了比較測試,并分析了各自的特點和應用場景。

試驗材料

1、激光器

激光型號為YDFLP-CL-200-12-A脈沖激光器,CW-R-B-W-2000是連續激光器。兩個激光器的詳細參數如表1所示。


表1.脈沖激光器與連續激光器的參數比較

2、材料

實驗中使用的樣品1為鋁合金平板,其長度和寬度為400 mm×400 mm×4 mm。樣品2為碳鋼平板,長度和寬度為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。

試驗結果

采用兩種激光器對兩種材料表面進行除漆試驗,優化激光清洗參數,獲得脈寬、頻率、掃描速度等******參數,比較優化試驗條件下的清洗效果和效率。

1.脈沖激光清洗漆層試驗

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


表2.鋁合金及碳鋼表面漆層脈沖激光清洗實驗參數


圖1.脈沖激光清洗鋁合金表面漆層對比圖


圖2.脈沖激光清潔碳鋼表面漆層對比圖

相同頻率下,短脈寬比長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。當頻率大于一定值時,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),兩個參數都去除了漆層,對樣品基體基本無損。

2.連續激光清洗漆層試驗

在連續光除漆實驗中,使用激光器的功率為50%,占20%(相當于平均功率200 W),頻率為30 kHz。場鏡焦距為220 mm,激光聚焦光斑的直徑約為0.2 mm。清洗單塊面積13個 mmx13 mm,填充間距0.1 mm,激光重復掃描鋁合金表面漆層2次,碳鋼表面漆層4次。試驗激光掃描速度對清洗效果的影響,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如表4所示,清洗效果如圖4所示。


3.鋁合金表面漆層連續激光清洗實驗參數


表4.碳鋼表面漆層連續激光清洗實驗參數


圖3.連續激光清洗鋁合金表面漆層在不同激光掃描速度下的對比圖


圖4.不同激光掃描速度下連續激光清洗碳鋼表面漆層對比圖

激光掃描速度越低,對基體的損傷就越大。掃描速度大于一定值時,掃描速度越快,漆層去除效果越差。連續激光清洗鋁合金表面漆層的優選參數為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******參數為37#(激光功率2000) W,頻率30 kHz,掃描速度3400 mm/s)。這兩個參數不僅去除了碳鋼表面的漆層,而且對樣品基體的損傷也相對較小。

優化參數結果及分析

1.對比宏觀清洗狀況

脈沖光清洗鋁合金表面漆層的優選參數如圖5所示a如圖5所示,連續光清洗鋁合金表面漆層的******參數結果如圖所示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,對樣品基材幾乎無損傷。連續光清洗后,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,連續光對比脈沖光更容易損壞基材。

脈沖光清洗碳鋼表面漆層的優選參數如圖5所示c如圖5所示,碳鋼表面漆層連續光清洗的優選參數結果如圖所示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,對樣品基材的損壞較小。連續光清洗后,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較大的重熔現象。因此,連續光對比脈沖光更容易損壞基材。

圖5.脈沖光與連續光除漆的宏觀效果對比

2.顯微鏡微觀形狀對比

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,無激光線。連續光清洗樣品表如圖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,清洗后表面相對平整。連續光清洗樣品表面如圖6所示(d)油漆也被完全去除,但樣品表面嚴重熔化,樣品表面不均勻。


圖6.脈沖光與連續光除漆后樣件表面微觀形貌對比圖

3.對比材料表面粗糙度

圖7為激光除漆后表面粗糙度對比圖。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。連續光清洗后,樣品表面損傷較大,導致原材料粗糙度值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高于連續光的除漆效率,為連續光的7.7倍。脈沖光的清洗效率為2.77m2/h,連續光的清洗效率為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光的除漆效率,為連續光的3.5倍。脈沖光的清洗效率為1.06m2/h,連續光的清洗效率為0.3m2/h。


圖8.脈沖光與連續光除漆效率對比

結論

試驗表明,連續激光和脈沖激光都能去除材料表面的油漆,達到清洗效果。

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

連續激光的價格具有優勢,可以通過使用高功率激光來彌補效率和脈沖激光之間的差距,但高功率連續光的熱輸入更大,對基底的損壞也會增加。

因此,兩者在應用場景上存在根本差異。高精度,需要嚴格控制基材加熱,需要基材無損應用場景,如模具,應選擇脈沖激光。對于一些大型鋼結構、管道等,由于散熱快,基材損壞要求不高,可選擇連續激光。

轉載自:杰普特激光

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