激光清洗技术研究

陈书红彭章祝毛静

关键词：激光清洗；能谱分析；力学性能；

1概述

传统的清洗方法种类繁多，如机械清洗法、化学清洗法、超声波清洗法等。但是，这些方法存在自身的局限性：

机械清洗方法无法满足高清洁度的清洗要求，且容易损伤基底材料；

化学清洗法容易导致环境污染，清洗效率和清洁度也很有限；

超声波清洗法对次微米级的污物颗粒无能为力，清洗后工件的干燥也是一大难题。

而激光清洗是一种新型技术，它采用高功率密度激光束照射工件表面，使表面油污、锈斑、氧化层发生瞬间蒸发与剥离，从而使工件表面洁净化。与传统工艺相比，激光清洗具有以下特点：

（1）它是一种“绿色”清洗方法，不需使用任何化学药剂和清洗液，清洗下来的废料基本都是固体粉末，体积小，易于存放，可回收，可以轻易解决化学清洗带来的环境污染问题；

（2）传统的清洗方式往往是接触式清洗，对清洗物体表面有机械作用力，损伤物体的表面或者清洗的介质附着于被清洗物体表面，无法去除，产生二次污染，激光清洗地无研磨和非接触性使这些问题迎刃而解；

（3）激光清洗能够清除各种材料表面的污染物，达到常规清洗无法达到的清洁度，而且可以在不损伤材料表面的情况下有选择性的清洗材料表面的污染物；

（4）激光清洗效率高，节省时间；

（5）长期稳定使用，运行成本低，方便实现自动化操作。激光清洗系统虽然前期一次性投入较高，但清洗系统可以长期稳定使用，运行成本低，更重要的是可以实现自动化操作，即通过反馈信号（由监控清洗过程和清洗程度的辅助系统，如显微镜、CCD等提供）进行调整，可实现清洗的自动控制。

2实验数据与方法

2.1实验设备与材料

本试验采用武汉金顿激光科技有限公司的E10型手持式激光清洗设备对工件进行表面清洗。激光清洗设备设定激光功率100W，频率100HZ，速度100mm/s；实验工件为铝合金焊接试板。

2.2实验方法

取焊接接头试样15块对焊接处，分为三类，每类五块，第一类表面进行一次激光清洗，不重复清洗，即去除浅层的氧化层；第二类表面进行两次以上激光清洗，去除较多层；第三类表面则进行机械清洗。

将试样编号，从三类试样中各取出三块板进行横向拉伸试验，每种类型做三次；再将剩余六块试样进行弯曲试验，正弯，弯心直径32mm，检测表面清洗对试样基材性能的影响。

抽取两块试样随机选取两个部位进行电镜扫描，做能谱分析，半定量的判定碳氧含量即氧化物与油污有机物的去除情况。其中激光清洗由于光束不均匀，选取的I部位为光斑部位，II部位为光线边缘部位。

（1）试样抗拉强度都达标，但激光清洗的试样抗拉强度大于机械清洗；

（2）反复激光清洗的两块弯曲试样有一块在弯曲后存在微裂现象，开裂位置为非焊接区域，导致原因为手工锯切产生的不规则断口等缺欠导致，但激光清洗对母材基体的影响仍需要进一步验证；机械清洗的两块弯曲试样均存在开裂现象，且有一块开裂位置在焊缝区域。

（3）激光清洗去除氧化层与油污的能力优于机械抛光，但是激光清洗设备操作不稳，清洗不均导致试板表面清除程度存在差异。

4结论

试验研究证明了激光清洗可以用来清洗铝合金、不锈钢面氧化层，能看出激光清洗具有一定优势。激光清洗后的试件力学性能良好，优于机械抛光。虽然多次激光清洗试件在弯曲试验开裂，但为非焊缝部位开裂，可初步判断对基材性能基本无影响。由于手持式设备人员操作不稳，清洗速度不均，对清洗效果及其效率的影响较大，试验也不够完善，我们需对自动化激光清洗做进一步研究。

参考文献：

1、关振中.激光加工工艺学手册[M].北京：中国计量出版社，1998.

2、王泽敏.激光清洗技术的现状和发展趋势[J].应用激光，2002，22(2):264-268.

3、郑启光.激光先进制造技术[M].北京：华中科技大学出版社，2004.