CN113634902A - 一种用于去除飞机表面隐身涂层的气体辅助激光加工方法 - Google Patents

一种用于去除飞机表面隐身涂层的气体辅助激光加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于去除飞机表面隐身涂层的气体辅助激光加工方法，包括以下步骤：1)将表面涂覆隐身涂层的待处理飞机表面样件，固定于工作平台上，覆有涂层的一面对准激光清洗头；2)气体辅助保护装置包括主装置和尾部装置，从保护气进气口通入惰性气体，在隐身涂层表面区域形成惰性气体保护层；3)采用脉冲激光器进行隐身涂层的去除；4)关闭激光器和气体辅助保护装置，将样件表面的残余废料清理干净，取出样件；5)若隐身涂层没有完全去除，重复上述步骤1)至4)。本发明技术具有精度高、快速高效、不损伤基体、可用于大面积去除等优势；通过气体辅助保护装置，保障了激光去除过程的安全性，有效地提高了飞机表面隐身涂层的去除质量。

Description

一种用于去除飞机表面隐身涂层的气体辅助激光加工方法
技术领域
本发明涉及飞机表面激光先进制造技术领域，特别涉及一种用于去除飞机表面隐身涂层的气体辅助激光加工方法。
背景技术
隐身技术是当代先进科学技术的最新成就，在军事上有重要意义。通过在武器装备表面涂覆隐身涂层可以降低雷达、红外、声频以及其他光、电、磁等特征信号，使得武器装备难以被发现、跟踪、识别和攻击，可以有效提高武器装备的突防性能和生存能力。然而，隐身涂层经过长时间服役后会逐渐发生老化、开裂甚至脱落等现象从而失效，因此，在服役一定周期后必须对武器装备表面的隐身涂层进行快速去除后重新涂覆的工作。
与传统的机械打磨技术和化学处理技术等方法相比，激光去除技术具有非接触、精度高、去除效果好、不损伤基体、适用于大面积去除等优势。然而，对于隐身涂层的激光去除，由于材料的吸波性功能要求，涂层一般较厚，达到mm级，在去除过程中常会出现烧蚀过度引起的大量火花，对环境污染较大，更为致命的是带来了失火的安全隐患。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种用于去除飞机表面隐身涂层的气体辅助激光加工方法。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种气体辅助提高隐身涂层激光去除质量的方法，包括以下步骤：
1)将表面涂覆隐身涂层的待处理飞机表面样件，固定于工作平台上，覆有涂层的一面对准激光清洗头；
2)气体辅助保护装置包括主装置和尾部装置，所述主装置为通气管结构，所述尾部装置为辅助通气管，所述主装置上设置有主保护气进气口，所述尾部装置上设置有尾保护气进气口，从主保护气进气口和尾保护气进气口通入惰性气体，在隐身涂层表面区域形成惰性气体保护层；
3)采用脉冲激光器进行隐身涂层的去除；
4)关闭激光器和气体辅助保护装置，将样件表面的残余废料清理干净，取出样件；
5)若隐身涂层没有完全去除，重复上述步骤1)至4)，直到完全去除隐身涂层。
优选的，所述步骤2)中的惰性气体为氦气、氖气和氩气中的任意一种或几种的组合。
优选的，所述步骤3)中，激光波长范围为200nm～10.6μm，输出功率范围为10％～100％。
优选的，所述步骤3)中的脉冲激光器为CO2激光器、Nd：YAG激光器或光纤激光器等，所述脉冲激光器功率范围为100W～500W。
优选的，所述步骤3)中选用圆形激光光斑或方形激光光斑进行激光加工。
进一步优选的，所述步骤3)中的圆形激光光斑的直径为1mm～20mm，方形激光光斑的边长为1mm～25mm。
优选的，所述步骤3)中的脉宽范围为2ns～400ns，脉冲频率范围为10Hz～5000kHz。
优选的，所述步骤3)中的扫描速度范围为1000mm/s～9000mm/s，线间距范围为0.01mm～5mm。
优选的，所述步骤3)中的激光平均功率密度范围为50W/cm2～500W/cm2。
进一步地，所述步骤1)中的飞机表面样件为铝合金、钛合金等金属材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用激光手段去除飞机表面的隐身涂层，通过激光束作用于涂层，使涂层内部发生晶格振动进而从样件表面剥离，相较于传统的机械打磨或化学方法，该技术具有精度高、快速高效、不损伤基体、可用于大面积去除等优势。
(2)本发明通过气体辅助保护装置，通过在涂层表面形成惰性气体保护层，使得激光作用区域有效隔绝氧气，显著抑制了烧蚀过程中火花的产生，不仅保障了激光去除过程的安全性，而且有效地提高了飞机表面隐身涂层的去除质量。进一步实现绿色环保、安全可靠的加工目标，同时可以有效提高表面涂层的去除质量，从而保证飞机表面的综合机械性能。
(3)本发明还可以应用于飞机蒙皮漆层去除，金属焊接等领域，对于保障加工安全性和提高加工质量具有重要的意义。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的气体辅助激光加工方法原理图；
图中，1-飞机表面样件，2-隐身涂层，3-激光清洗头，4-惰性气体保护层，5-气体辅助保护主装置，6-主保护气进气口，7-气体辅助保护尾部装置，8-尾保护气进气口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明的用于去除飞机表面隐身涂层的气体辅助激光加工方法如下：
第一步，将表面涂覆隐身涂层2的待处理飞机表面样件12024铝合金线切割至合适大小，通过夹具固定于工作平台上，覆有涂层的一面对准激光清洗头3；
第二步，打开气体辅助保护装置开关，从主保护气进气口和尾保护气进气口通入氦气，在隐身涂层表面区域形成均匀的气体保护层；
第三步，采用100W的CO2激光器进行隐身涂层的去除，X和Y振镜的高速运动将激光能量以二维排布的形式作用于涂层表面。选用5mm的圆形激光光斑进行激光加工，激光波长为10.6μm，输出功率为50％。脉宽设置为100ns，脉冲频率设置为100kHz。通过逐点、逐线、逐面的激光扫描方式去除隐身涂层，激光光斑的扫描速度设置为2000mm/s，线间距设置为0.05mm，激光平均功率密度为100W/cm2；
第四步，关闭激光器和气体辅助保护装置，将样件表面的残余废料清理干净，取出样件；
第五步，若隐身涂层没有完全去除，重复上述步骤一至四，直到完全去除隐身涂层。
如图1所示，为本发明的气体辅助激光加工方法原理图，气体辅助保护装置包括主装置5和尾部装置7，所述主装置为通气管结构，所述尾部装置为辅助通气管，用于保证惰性气体环境充分，所述主装置5上设置有主保护气进气口6，所述尾部装置7上设置有尾保护气进气口8，从主保护气进气口6和尾保护气进气口8通入惰性气体，在隐身涂层表面区域形成惰性气体保护层4。
实施例2
第一步，将表面涂覆隐身涂层的7075铝合金线切割至合适大小，通过夹具固定于工作平台上，覆有涂层的一面对准激光清洗头；
第二步，打开气体辅助保护装置开关，从主保护气进气口和尾保护气进气口通入氖气，在隐身涂层表面区域形成均匀的气体保护层；
第三步，采用300W的Nd：YAG激光器进行隐身涂层的去除，X和Y振镜的高速运动将激光能量以二维排布的形式作用于涂层表面。选用10mm的圆形激光光斑进行激光加工，激光波长为1064nm，输出功率为80％。脉宽设置为6ns，脉冲频率设置为30Hz。通过逐点、逐线、逐面的激光扫描方式去除隐身涂层，激光光斑的扫描速度设置为4000mm/s，线间距设置为0.5mm，激光平均功率密度为200W/cm2；
第四步，关闭激光器和气体辅助保护装置，将样件表面的残余废料清理干净，取出样件；
第五步，若隐身涂层没有完全去除，重复上述步骤一至四，直到完全去除隐身涂层。
实施例3
第一步，将表面涂覆隐身涂层的TC4钛合金线切割至合适大小，通过夹具固定于工作平台上，覆有涂层的一面对准激光清洗头；
第二步，打开气体辅助保护装置开关，从主保护气进气口和尾保护气进气口通入氩气，在隐身涂层表面区域形成均匀的气体保护层；
第三步，采用500W的光纤激光器进行隐身涂层的去除，X和Y振镜的高速运动将激光能量以二维排布的形式作用于涂层表面。选用2mm的圆形激光光斑进行激光加工，激光波长为1030nm，输出功率为30％。脉宽设置为200ns，脉冲频率设置为200kHz。通过逐点、逐线、逐面的激光扫描方式去除隐身涂层，激光光斑的扫描速度设置为6000mm/s，线间距设置为0.02mm，激光平均功率密度为50W/cm2；
第四步，关闭激光器和气体辅助保护装置，将样件表面的残余废料清理干净，取出样件；
第五步，若隐身涂层没有完全去除，重复上述步骤一至四，直到完全去除隐身涂层。
实施例4
本发明的用于去除飞机表面隐身涂层的气体辅助激光加工方法如下：
第一步，将表面涂覆隐身涂层的TC6钛合金线切割至合适大小，通过夹具固定于工作平台上，覆有涂层的一面对准激光清洗头；
第二步，打开气体辅助保护装置开关，从主保护气进气口和尾保护气进气口分别通入氦气和氩气，在隐身涂层表面区域形成均匀的气体保护层；
第三步，采用100W的光纤激光器进行隐身涂层的去除，X和Y振镜的高速运动将激光能量以二维排布的形式作用于涂层表面。选用20mm的方形激光光斑进行激光加工，激光波长为200nm，输出功率为60％。脉宽设置为400ns，脉冲频率设置为4000kHz。通过逐点、逐线、逐面的激光扫描方式去除隐身涂层，激光光斑的扫描速度设置为3000mm/s，线间距设置为5mm，激光平均功率密度为500W/cm2；
第四步，关闭激光器和气体辅助保护装置，将样件表面的残余废料清理干净，取出样件；
第五步，若隐身涂层没有完全去除，重复上述步骤一至四，直到完全去除隐身涂层。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种气体辅助提高隐身涂层激光去除质量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将表面涂覆隐身涂层的待处理飞机表面样件，固定于工作平台上，覆有涂层的一面对准激光清洗头；
2)气体辅助保护装置包括主装置和尾部装置，所述主装置为通气管结构，所述尾部装置为辅助通气管，所述主装置上设置有主保护气进气口，所述尾部装置上设置有尾保护气进气口，从主保护气进气口和尾保护气进气口通入惰性气体，在隐身涂层表面区域形成惰性气体保护层；
3)采用脉冲激光器进行隐身涂层的去除；
4)关闭激光器和气体辅助保护装置，将样件表面的残余废料清理干净，取出样件；
5)若隐身涂层没有完全去除，重复上述步骤1)至4)，直到完全去除隐身涂层。
2.根据权利要求1所述气体辅助提高隐身涂层激光去除质量的方法，其特征在于，所述步骤2)中的惰性气体为氦气、氖气和氩气中的任意一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述气体辅助提高隐身涂层激光去除质量的方法，其特征在于，所述步骤3)中，激光波长范围为200nm～10.6μm，输出功率范围为10％～100％。
4.根据权利要求1所述气体辅助提高隐身涂层激光去除质量的方法，其特征在于，所述步骤3)中的脉冲激光器为CO2激光器、Nd：YAG激光器或光纤激光器，所述脉冲激光器功率范围为100W～500W。
5.根据权利要求1所述气体辅助提高隐身涂层激光去除质量的方法，其特征在于，所述步骤3)中选用圆形激光光斑或方形激光光斑进行激光加工。
6.根据权利要求5所述气体辅助提高隐身涂层激光去除质量的方法，其特征在于，所述步骤3)中的圆形激光光斑的直径为1mm～20mm，方形激光光斑的边长为1mm～25mm。
7.根据权利要求1所述气体辅助提高隐身涂层激光去除质量的方法，其特征在于，所述步骤3)中的脉宽范围为2ns～400ns，脉冲频率范围为10Hz～5000kHz。
8.根据权利要求1所述气体辅助提高隐身涂层激光去除质量的方法，其特征在于，所述步骤3)中的扫描速度范围为1000mm/s～9000mm/s，线间距范围为0.01mm～5mm。
9.根据权利要求1所述气体辅助提高隐身涂层激光去除质量的方法，其特征在于，所述步骤3)中的激光平均功率密度范围为50W/cm2～500W/cm2。
10.根据权利要求1所述气体辅助提高隐身涂层激光去除质量的方法，其特征在于，所述步骤1)中的飞机表面样件为铝合金、钛合金。
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