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在激光清洗領(lǐng)域，光纖激光器以更高的可靠性、穩(wěn)定性以及靈活性，已經(jīng)成為激光清洗光源的最佳選擇。作為光纖激光器的兩大組成部分，連續(xù)光纖激光器和脈沖光纖激光器分別占據(jù)著宏觀材料加工和精密材料加工的市場(chǎng)領(lǐng)先位置。
對(duì)于新興的激光清洗應(yīng)用，是應(yīng)該用連續(xù)激光還是脈沖激光出現(xiàn)了不同的聲音，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了使用脈沖和連續(xù)激光器的兩類激光清洗設(shè)備。很多工業(yè)終端用戶在選擇的時(shí)候不知道應(yīng)該如何選擇。杰普特激光就連續(xù)和脈沖激光器的激光清洗應(yīng)用進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試，并分析了各自的特點(diǎn)和適用的應(yīng)用場(chǎng)景，希望為工業(yè)用戶在選擇相應(yīng)的激光清洗技術(shù)的時(shí)候提供有益的參考。
試驗(yàn)材料
激光型號(hào)為YDFLP-CL-200-12-A為脈沖激光器，CW-RB-W-2000為連續(xù)激光器。兩款激光器詳細(xì)參數(shù)對(duì)比如表1所示。實(shí)驗(yàn)所用的樣件一為鋁合金平板，鋁合金平板的尺寸長(zhǎng)寬高為400mm×400mm×4mm。樣件二為碳鋼平板，碳鋼的尺寸長(zhǎng)寬高為400mm×400mm×10mm。樣品表面噴涂白色油漆，樣件一表面上油漆厚度約20μm，樣件二表面油漆厚度約40μm。
采用兩種激光器對(duì)兩種材料表面進(jìn)行除漆實(shí)驗(yàn)，對(duì)激光清洗參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得最佳的脈寬、頻率、掃描速度等參數(shù)，并對(duì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下的清洗效果和效率進(jìn)行對(duì)比。
脈沖激光清洗漆層實(shí)驗(yàn)
在脈沖光除漆實(shí)驗(yàn)中激光器的功率為200W，使用的場(chǎng)鏡焦距為163mm，激光聚焦光斑直徑約為0.32mm。清洗單塊區(qū)域范圍為13mm×13mm，填充間距為0.16mm，鋁合金表面除漆時(shí)激光重復(fù)掃描清洗2次，碳鋼表面除漆時(shí)激光重復(fù)掃描清洗4次。
表 1：脈沖激光器與連續(xù)激光器參數(shù)對(duì)比
在保證光斑縱向與橫向疊加率都為50%條件下，試驗(yàn)激光脈寬、頻率及激光掃描速度的參數(shù)（如表2所示）對(duì)清洗效果的影響，鋁合金表面除漆實(shí)驗(yàn)效果如圖1所示，碳鋼表面除漆實(shí)驗(yàn)效果如圖2所示。
表 2：脈沖激光清洗鋁合金及碳鋼表面漆層實(shí)驗(yàn)參數(shù)
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相同頻率下短脈寬比長(zhǎng)脈寬更容易將鋁合金和碳鋼表面漆層去除干凈，在相同脈寬下，頻率越低越容易對(duì)基體造成損傷，當(dāng)頻率大于某個(gè)值時(shí)，頻率越高漆層去除效果就越差。脈沖激光清洗鋁合金表面漆層的優(yōu)選參數(shù)為15#（激光功率200W，脈寬100ns，頻率60kHz，掃描速度9600mm/s），清洗碳鋼表面漆層的優(yōu)選參數(shù)為13#（激光功率200W，脈寬100ns，頻率40kHz，掃描速度6400mm/s），這兩者參數(shù)都將漆層去除干凈，而且對(duì)樣件基體基本無(wú)損。
圖 1：不同激光參數(shù)下脈沖激光清洗鋁合金表面漆層對(duì)比圖
連續(xù)激光清洗漆層實(shí)驗(yàn)
在連續(xù)光除漆的實(shí)驗(yàn)中，使用激光器的功率為50%，占空比為20%（等效于平均功率200W），頻率為30kHz。使用的場(chǎng)鏡焦距為220mm，激光聚焦光斑直徑約為0.2mm。清洗單塊區(qū)域范圍為13mm×13mm，填充間距0.1mm，清洗鋁合金表面漆層時(shí)激光重復(fù)掃描2次，清洗碳鋼表面漆層時(shí)激光重復(fù)掃描4次。在激光的功率、占空比和頻率不變條件下，試驗(yàn)激光掃描速度對(duì)清洗效果的影響。
圖 2：不同激光參數(shù)下脈沖激光清洗碳鋼表面漆層對(duì)比圖
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相同激光功率和頻率下掃描速度越低，對(duì)基體造成損傷越大。當(dāng)掃描速度大于某個(gè)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優(yōu)選參數(shù)為21#（激光功率200W，頻率30kHz，掃描速度2000mm/s），清洗碳鋼表面漆層優(yōu)選參數(shù)為37#（激光功率200W，頻率30kHz，掃描速度3400mm/s）。這兩個(gè)參數(shù)不但將碳鋼表面漆層去除干凈，而且對(duì)樣件基體造成的損傷也相對(duì)小些。
優(yōu)選參數(shù)結(jié)果與分析
1.宏觀清洗狀況對(duì)比
脈沖光清洗鋁合金表面漆層的優(yōu)選參數(shù)的結(jié)果如圖3a所示，連續(xù)光清洗鋁合金表面漆層的優(yōu)選參數(shù)結(jié)果如圖3b所示。使用脈沖光清洗后，樣件表面的漆層被完全去除，樣件的表面呈現(xiàn)出金屬白色，并且對(duì)樣件基材的幾乎無(wú)損傷。使用連續(xù)光清洗后，樣件表面的漆層也完全被去除，但是樣件表面呈現(xiàn)出灰黑色，樣件的基材也出現(xiàn)了微熔現(xiàn)象。因此使用連續(xù)光對(duì)比脈沖光來(lái)說(shuō)，更容易對(duì)基材造成損傷。
圖 3（1）：脈沖光與連續(xù)光除漆宏觀效果對(duì)比：左為（3a），右為（3b）
圖 3（2）：脈沖光與連續(xù)光除漆宏觀效果對(duì)比：左為（3c），右為（3d）
脈沖光清洗碳鋼表面漆層的優(yōu)選參數(shù)的結(jié)果如圖3c所示，連續(xù)光清洗碳鋼表面漆層的優(yōu)選參數(shù)結(jié)果如圖3d所示。使用脈沖光清洗后，樣件表面的漆層被完全去除，樣件的表面呈現(xiàn)出灰黑色，并且對(duì)樣件基材的損傷較小。使用連續(xù)光清洗后，樣件表面的漆層也完全被去除，但是樣件表面呈現(xiàn)出深黑色，可直觀看出樣件表面出現(xiàn)較大的重熔現(xiàn)象。因此使用連續(xù)光對(duì)比脈沖光來(lái)說(shuō)，更容易對(duì)基材造成損傷。
2.顯微鏡微觀形貌對(duì)比
從圖4（a）可以看出使用脈沖光清洗鋁合金表面漆層后，樣件表面的油漆已被完全去除，并且樣件表面損傷小無(wú)激光紋路。而使用連續(xù)光清洗樣件表，如圖4（b）所示油漆也被完全去除，但是樣件表面出現(xiàn)較嚴(yán)重的重熔現(xiàn)象，還出現(xiàn)激光紋路。
圖 4（1）：脈沖光與連續(xù)光除漆后樣件表面微觀形貌對(duì)比圖，左 圖為（4a），右圖為（4b）
圖 4（2）：脈沖光與連續(xù)光除漆后樣件表面微觀形貌對(duì)比圖，左 圖為（4c），右圖為（4d）
從圖4（c）可以看出使用脈沖光清洗碳鋼表面漆層后，樣件表面的油漆已被完全去除，并且樣件表面損傷小清洗后表面較為平整。而使用連續(xù)光清洗樣件表面如圖4（d）所示油漆也被完全去除，但是樣件表面出現(xiàn)較嚴(yán)重的重熔現(xiàn)象，并且樣件表面凹凸不平。
結(jié)論
試驗(yàn)表明，連續(xù)激光器和脈沖激光器都可以將材料表面的油漆去除，達(dá)到清洗的效果。在功率相同的條件下，脈沖激光器清洗的效率遠(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，防止基材溫度過(guò)高或產(chǎn)生微熔。
連續(xù)激光器價(jià)格具有優(yōu)勢(shì)，可以通過(guò)使用高功率激光器來(lái)彌補(bǔ)效率上與脈沖激光器的差距，但高功率連續(xù)光的熱輸入更大，對(duì)基材的損傷程度也會(huì)增加。因此，兩者在應(yīng)用場(chǎng)景上有著根本性的差別。精密度高，需要嚴(yán)格控制基材升溫，要求基材無(wú)損的應(yīng)用場(chǎng)景，比如模具，推薦選擇脈沖激光器。對(duì)于一些大型鋼結(jié)構(gòu)、管道等，由于體積大散熱快，對(duì)基材損傷要求不高，則可以選擇連續(xù)激光器。
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