脈沖激光除漆的理論模型、數(shù)值計(jì)算與應(yīng)用研究.pdf

1、激光清洗是一種環(huán)境友好的新型表面清潔技術(shù)，自上個(gè)世紀(jì)六十年代末誕生以來(lái)取得了迅速發(fā)展。激光清洗技術(shù)根據(jù)其工作過(guò)程中是否使用輔助材料分為干式激光清洗和濕式激光清洗，其中干式激光清洗憑借其獨(dú)特的清洗作用機(jī)制以及傳統(tǒng)清洗技術(shù)所不具備的諸多優(yōu)點(diǎn)，受到了研究人員的高度重視，理論模型和清洗裝置的研究在表面處理、材料改性和基底保護(hù)方面得到持續(xù)和快速的發(fā)展。
　　 本論文以脈沖激光干式清洗漆層的過(guò)程作為研究對(duì)象，針對(duì)目前已經(jīng)存在的干式激光清洗模

2、型的理論中存在的不足，特別是熱振動(dòng)模型中存在的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、一維研究過(guò)程中假設(shè)條件多且忽視了實(shí)際存在的中間界面層的作用等問(wèn)題，提出了一種更貼近實(shí)際工作狀態(tài)的三層吸收界面燒蝕振動(dòng)模型，并利用該模型對(duì)激光清洗漆涂覆層的機(jī)制、清洗閾值等模擬與實(shí)際工作密切相關(guān)的因素進(jìn)行了比較分析。用數(shù)學(xué)方法確定清洗模型中的各層吸收的激光和熱轉(zhuǎn)化，并使用有限元方法對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值求解，給出了清洗過(guò)程中的溫度分布、應(yīng)力分布和位移值的數(shù)值計(jì)算結(jié)果。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，該模型

3、模擬結(jié)果較為符合實(shí)際情況，結(jié)合中間界面層吸收特性調(diào)節(jié)激光參數(shù)能提高清洗效果并降低對(duì)于基底造成的熱損傷。
　　 通過(guò)對(duì)激光光束整形的方法獲得平頂激光光束，數(shù)值計(jì)算了干式激光清洗中使用平頂激光和高斯激光對(duì)于激光除漆過(guò)程中表面溫度、熱應(yīng)力以及基底和漆涂層位移的影響，計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了三種不同情況的平頂激光的不同除漆效果，發(fā)現(xiàn)采用合適的平頂激光進(jìn)行除漆能夠降低對(duì)于基底的損傷。使用高重復(fù)頻率的平頂脈沖激光并結(jié)合適當(dāng)?shù)膾呙杷俣?，與采用高斯激光

4、清洗相比，可以提高清洗效率達(dá)7倍。
　　 在激光清洗應(yīng)用方面，研究了激光能量、光斑外形和入射角度對(duì)于清洗效率的影響。通過(guò)研究峰值功率和改變激光掃描搭接率確定優(yōu)化激光除漆的方案，在激光功率密度達(dá)到清洗閾值情況下圓形光斑為80％以上搭接率時(shí)，可完全清除基板表面漆層而不損傷基底。
　　 通過(guò)本課題的研究，獲得了漆層清洗的三層吸收界面燒蝕振動(dòng)模型，較為符合實(shí)際情況，對(duì)于平頂激光的研究有助于提高清洗速度而不形成對(duì)基底的損傷，同時(shí)，