脈沖激光除漆的理論模型、數(shù)值計算與應用研究.pdf

1、激光清洗是一種環(huán)境友好的新型表面清潔技術，自上個世紀六十年代末誕生以來取得了迅速發(fā)展。激光清洗技術根據(jù)其工作過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特的清洗作用機制以及傳統(tǒng)清洗技術所不具備的諸多優(yōu)點，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程作為研究對象，針對目前已經(jīng)存在的干式激光清洗模

2、型的理論中存在的不足，特別是熱振動模型中存在的結構簡單、一維研究過程中假設條件多且忽視了實際存在的中間界面層的作用等問題，提出了一種更貼近實際工作狀態(tài)的三層吸收界面燒蝕振動模型，并利用該模型對激光清洗漆涂覆層的機制、清洗閾值等模擬與實際工作密切相關的因素進行了比較分析。用數(shù)學方法確定清洗模型中的各層吸收的激光和熱轉化，并使用有限元方法對其進行了數(shù)值求解，給出了清洗過程中的溫度分布、應力分布和位移值的數(shù)值計算結果。與實驗結果相比較，該模型

3、模擬結果較為符合實際情況，結合中間界面層吸收特性調節(jié)激光參數(shù)能提高清洗效果并降低對于基底造成的熱損傷。
　　 通過對激光光束整形的方法獲得平頂激光光束，數(shù)值計算了干式激光清洗中使用平頂激光和高斯激光對于激光除漆過程中表面溫度、熱應力以及基底和漆涂層位移的影響，計算和實驗驗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行除漆能夠降低對于基底的損傷。使用高重復頻率的平頂脈沖激光并結合適當?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7倍。
　　 在激光清洗應用方面，研究了激光能量、光斑外形和入射角度對于清洗效率的影響。通過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，在激光功率密度達到清洗閾值情況下圓形光斑為80％以上搭接率時，可完全清除基板表面漆層而不損傷基底。
　　 通過本課題的研究，獲得了漆層清洗的三層吸收界面燒蝕振動模型，較為符合實際情況，對于平頂激光的研究有助于提高清洗速度而不形成對基底的損傷，同時，