民机铝合金蒙皮表面漆层激光清洗仿真与实验研究

为了进一步阐明铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的激光清洗机制,揭示扫描速度对激光除漆的影响规律,首先采用万能试验机测定了漆层强度极限,结合多种技术手段分析研究了单脉冲热-力耦合COMSOL仿真与清洗实验结果,探究了四种扫描速度(1000、900、800、700 mm/s)下除漆表面宏微观形貌及成分变化。结果显示:单脉冲除漆凹坑内存在明显分层与碎裂,除漆最大深度和宽度分别为34.3μm和125μm;漆层强度极限为2.68×10~7 Pa,与热应力仿真结果接近;随着扫描速度逐步降低,漆层去除深度不断增大,氧化膜逐步显现,面漆着色剂(β型铜酞菁)与漆层功能性氧化粒子的沉积量逐渐增加。研究表明:单脉冲激光除漆过程主要包括烧蚀、热应力和等离子体冲击三种除漆机制;随着扫描速度的逐渐降低,烧蚀除漆效果逐渐增强,等离子体冲击除漆效果逐步减弱,热应力除漆效果保持不变。

y 向搭接率对铝合金表面复合漆层激光清洗的影响

采用纳秒脉冲光纤激光器对2A12铝合金基材表面丙烯酸聚氨酯复合漆层进行了激光清洗实验,研究了不同y向搭接率(ηy)对除漆效果的影响。结果表明,当ηy为0和20%时,面漆全部去除,底漆部分去除;当ηy=40%时,仅少量底漆残留,大部分氧化膜被破坏,基材显露;当ηy=60%时,复合漆层全部去除,基材烧损。研究发现,随着ηy值逐渐增大,清洗表面烧蚀现象明显增加,漆层烧蚀气化将导致面漆着色剂和功能氧化粒子脱漆沉积于烧蚀凹坑表面;清洗表面残余漆层形成了凹坑-间隔-凹坑的清洗特征,表明清洗过程中烧蚀-等离子冲击(屏蔽)-烧蚀交替进行,烧蚀与等离子冲击作用均会对清洗表面产生热影响,导致残余漆层丙烯酸树脂链段自由基发生位置重排,同时诱发残余漆层产生热应力除漆机制;激光等离子冲击和热应力破坏是导致清洗表面残余漆层碎裂分层或物理剥离的主要原因。