1激光清洗技术原理及特点
激光清洗作为一种新兴的绿色表面清洗技术，通过无机械接触的方式，使高能量密度激光直接作用在污染物上，克服污染物与基体间的结合力，使污染物发生气化、烧蚀或剥离，实现具有较高自动化程度与工作效率的清洗技术。与机械摩擦、化学腐蚀、高频超声清洗等传统清洗方法相比，激光清洗具有绿色环保、非接触、精密控制、基材无损微损等优点，在航空航天、核电和海洋等领域具有重要的应用前景。
图1激光清洗技术原理图
2激光清洗技术在航空领域应用
在航空航天系统，高温合金、钛合金、铝合金等材料被广泛应用。在以材料焊接过程中，待焊材料表面状态对于焊接质量有着决定性作用。为了获得高质量的焊缝，焊前需要彻底清除待焊材料表面的氧化层及其他污染物。目前对待焊材料表面处理的方法主要是机械清洗法和化学清洗法，存在清除不彻底、劳动强度大、环境污染、基材损伤、无法对大尺寸部件进行清洗等缺点，很难保证焊接质量的稳定性。
2.1铝合金焊前预处理应用与研究
激光清洗技术作为一种高效、无损、环保的新型方法，利用激光光束聚焦在材料表面，使表面物质发生物理或化学反应后脱离表面，从而达到对待焊接表面进行焊前预处理的目的。
利用激光清洗技术对7A52、等铝合金进行焊前预处理，能够有效去除试样表面的原始氧化膜,降低焊缝内工艺气孔和氢气孔的产生倾向,并增加表面对激光的吸收率,改善熔滴在表面的铺展润湿性,从而提高焊缝的成形质量。焊前激光清洗对应焊缝内氢气孔直径较焊前未预处理氢气孔直径显著降低，激光填丝焊缝横截面SEM形貌如图2所示。
图2激光填丝焊缝横截面SEM形貌
对铝合金焊前激光预处理的氧含量分布及影响进行研究，结果表明，激光预处能够降低表面氧元素，提高焊缝效果越好,通过最优工艺参数预处理后的铝合金焊缝平滑均匀,无明显缺陷存在。不同氧质量分数铝合金焊缝横截面形貌及局部放大如图3所示。
图3不同氧质量分数铝合金焊缝横截面形貌及局部放大图
利用激光实现焊前5μm厚度阳极氧化膜层的完全清理，焊缝成形均匀,焊缝表面泛有金属光泽,焊缝无聚集状气孔、杂质等内部缺陷,激光清理焊缝与机械刮削焊缝的性能范围一致。
美国国家航空航天局（NASA）于年开展激光表面清洁技术在航天器焊接表面清洁应用，研究表明，航天器构件激光清洗后的焊接接头焊接性能质量明显优于未清洁构件。英国曼彻斯特大学航空航天和土木工程学院激光加工研究中心A.W.AlShaer等人采用纳秒脉冲Nd：YAG激光对焊接前焊缝表面清洁，探究表面清洗对孔隙形成的影响，实验表明激光清洗可显著降低气孔率，有助于消除形成孔隙的污染物和氧化物层。
2.2钛合金焊前预处理应用与研究
在航空工业上，钛合金作为飞机及发动机结构部件材料。在航天方面，钛合金主要作为火箭、导弹等航天器的结构、容器制造材料。钛的化学活性高，在热成形工艺中形成了一层氧化膜。目前钛合金在焊接前普遍采用硝酸和氢氟酸混合的酸洗工艺进行焊前预处理。
清华大学与北京航天材料及工艺研究所共同开展了航天焊接结构用Ti6Al4V钛合金进行焊前清洗研究，通过合适的激光清洗可有效清除焊接试件表面氧化层，并改善表面粗糙度，得到较低的气孔率，使同样激光焊接条件下的钛合金焊缝气孔率由中国航天行业标准III级改善到I级，满足航天工业生产要求的一级焊缝。Kumar等在TIG焊前对Ti3Al2.5V钛合金管材的接口处进行了激光清洗，清洗后接头内部不存在气孔，而未经激光清洗的接头存在大量气孔。罗雅等采用激光对电子束焊接TC11钛合金进行焊前清洗，焊接效果良好。Turner等在扩散焊前分别使用CO2激光Nd:YAG激光对TC4钛合金进行清洗，发现经过清洗后表面的杂质含量有大幅度下降，但焊接区域仍存在链状气孔。
激光清洗技术已在高温合金、钛合金、铝合金等材料焊前预处理应用，但不同机构件清洗工艺及机理有待深一步研究。
2.3航空航天构件表面除油除漆
每隔五年左右时间，一架飞机的油漆层就会被剥离并重新着色，以修复表面的损伤并重新涂漆，以防止油漆需要更换时腐蚀飞机。传统的飞机蒙皮除漆工艺主要包括溶剂除漆、机械除漆和喷砂除漆。目前国内主要采用二氯甲烷为主溶剂的脱漆剂进行除漆，效率较高，但是成本高、污染大、容易对基材造成损伤，该方法将逐渐退出市场。
国外早在20世纪80年代就开始利用激光技术清理飞机蒙皮漆层，美国的Woodroffe等利用CO2激光器在单脉冲1kJ、脉宽20μs、重复频率10Hz的条件下为飞机脱漆，获得了良好效果。
年，德国的Schweizer等采用2kW的TEACO2激光器实现了飞机表面的除漆工作，使用3台激光器，在3天内将一架表面积为m2的飞机漆层去除，没有造成损伤。这标志着激光除漆技术正式应用到飞机金属蒙皮除漆工业领域。
图4F-16战斗机机身表面除漆
年，美国空军使用这种装备德国罗芬西纳公司生产的二氧化碳激光器的机器人系统去除通用动力公司生产的F-16战斗机机身上的油漆。同年，在廷克空军基地的KC-零件上展示了机器人激光涂层去除系统（RLCRS）。一年后，该公司在犹他州希尔空军基地建造并安装了激光自动除漆系统II型（LADSII）。
年，Lasertronics公司在美国海军陆战队CH-53E重型直升机的玻璃纤维复合材料旋翼上去除油漆。激光系统已经大大减少了除漆过程中损坏部件的废料量，比手动旋转磨砂机的磨损率降低超过10％，成本约为12万美元。年，Concurrent公司和卡内基梅隆大学在匹兹堡的国家机器人技术工程中心开发的ARLCRS将除漆时间缩短了50％，F-16的除漆时间从7天缩短到3天，C-的除漆时间从10天缩短到5天。年，LRSystems公司设计生产的激光除漆移动机器人高52英尺，重量超过10万磅，臂展可达85英尺，采用20KW二氧化碳激光器，成为商用航空公司配备的首个全机型机器人激光除漆解决方案。
图5LRSystem公司设计的激光除漆系统模拟图
美国空军以及环境安全技术认证计划（ESTCP）通过研究各种航空材料表面漆层激光清除速率、基材表面形貌变化、基材物理性能变化以及除漆后基材再喷涂后漆层粘接性能变化，证明激光除漆工艺可以取代传统除漆工艺在飞机上的应用。
国内方面，山东产研强远激光科技有限公司、山东省科学院激光研究所联合北京卫星制造厂有限公司、首都航天机械有限公司联合开展激光清洗技术在运载火箭、卫星及载人航天器制造过程激光高效清洗及精密成型工艺装备研发，实现大于2m*2m面积清洗及热控涂层精密成型、除漆清洁效率大于5m2/h、除油清洁清洗效率大于10m2/min、单件喷涂工时缩短至1-2个工作日，有效提高热控图层涂覆质量及精度，提高火箭贮箱氧化层清洁质量及清洁效率。
图6热控涂层清洗效果图
此外，山东产研强远激光科技有限公司、山东省科学院激光研究所针对飞机蒙皮清洗共同开发了一套自动化装备，目前已联合应用单位开展试验验证。
图7飞机蒙皮自动清装备
试验中，用连续CO2激光器进行了脱漆试验，结果表明脉冲激光更适合飞机脱漆。对高平均功率、高重复率的TEACO2激光脱漆进行了系统的研究，结果得出飞机金属蒙皮激光脱漆前后，力学性能没有影响，不会有安全隐患。通过观察清洗表面形貌、分析清洗表面元素含量及元素的价态，研究了激光能量密度对除漆的影响规律，分析了清洗漆层过程中的主要作用机理，得出激光能量密度对清洗效果和基底材料的影响规律以及作用机理。通过对激光的单脉冲能量、光斑搭接率、离焦量等参数的对比研究发现，合适的工艺参数组合能够实现铝合金漆层与氧化层的激光清洗。开展飞机蒙皮漆层激光清洗实验，在不损伤基材的情况下，能够有效去漆层。
激光清洗在航空领域除油除漆展现出良好的去除效果，由于激光除漆技术未包含在OEM服务手册，导致激光清洗技术在商业飞机维修和检修过程还未广泛使用。相关技术准入及推广将是激光清洗技术在航空航天领域发挥作用的重要因素。
山东产研强远激光科技有限公司作为山东省科学院激光研究所、山东省产业技术研究院、山东山科控股集团有限公司股权投资企业，凭借深厚的技术底蕴，一直致力于航空航天领域的研究，并牵头制定了2项航天领域激光清洗团体标准T/YH-《运载火箭铝合金材料焊接前表面激光清洗检验方法》T/YH-《热控涂层激光精密成型试验方法》，经中国宇航学会批准予以公布，6月1日开始实施，标准的发布实施可填补国内标准体系在此领域的空白，树立起具有权威性的行业参照。
除了科研技术的进展，强远激光清洗设备更是应用在了实际生活生产中。上图是公司激光清洗平台进行飞机表面漆层去除，通过对设备操作设定，可快速去除表面旧漆，清洗效果获得一致好评。
该激光清洗平台由强远激光自主研发。目前公司共三类激光清洗平台，可适用于不同工作环境和具体工作要求。
01
通用移动清洗平台
通用移动清洗平台采用角质轮高底盘设计，双轮万向可操控，可在复杂路况下户外作业，可配备臂展mm-mm机械臂，以及强远激光各种型号激光清洗、焊接设备，设备整体负重大于2t，操作简便，可应用于车间区域化作业、户外作业。
02
高精度移动清洗平台
高精度移动清洗平台采用高精度传感定位设计，可在磁条牵引状态下实现±5mm的高重复定位精度，设备整体负重大于2t，适用于路况较为平整的车间批量化作业，主要应用于轮胎模具清洗、轨道交通结构件表面清洗等大型构件表面处理。
03
定位式移动清洗平台
定位式移动清洗平台采用液压升降机构，可实现无磁条移动操作后快速定位，定位精度±10mm，设备整体负重大于2t，适用于车间局部区域固定式操作。
除上述激光移动清洗平台，强远激光还生产制造拉杆箱激光清洗机、平顶光清洗机、连续脉冲激光清洗机等共4个系列10多种产品。公司还可根据客户的不同需求进行清洗\焊接平台、生产线的定制设计及开发。
激光清洗机不仅能在航空航天业应用，而且具有使用寿命长，环保，低能耗，高效率，维修简单方便等特点，已广泛应用于各个工业领域，例如对剥漆及包覆层氧化物清除、模具清洗、古文物修复、零件接合的前处理等。如果您想了解具体产品信息请联系我们，强远激光欢迎您随时到公司实地考察。我们还可提供免费清洗打样试验，并为您提供清洗试验报告和完美的解决方案。