引言

数十年以来，激光清洗由于具备非接触、低损伤、绿色环保等优点，其技术逐渐发展成熟并逐步应用于各个领域，目前市场上主流清洗设备分为脉冲激光清洗机和连续激光清洗机。其中脉冲激光清洗后的表面洁净度高，但效率较低；连续激光清洗效率较高，但清洗后表面洁净度低。鉴于此，如何将这两种激光优势进行有效结合，以最大限度地发挥激光清洗技术的优点，成为了当前研究的一个重要方向。

01 连续与脉冲激光作用机理分析研究

图1 连续激光除锈的温度分布云图

图2 脉冲激光除锈的温度分布云图

通过对连续与脉冲激光除锈过程数值模拟结果的研究可看出，连续激光光源使锈蚀层表面温度超过 30000 K，基材表面最高温度接近 3500 K，脉冲激光光源使锈蚀层表面最高温度达 14758 K，基材表面最高温度达 2255 K。经过对比分析可知，连续激光光源具有更强的热效应，除锈过程的表面温度更高，基材产生热损伤的倾向也更大；脉冲激光光源具有更强的峰值功率，加热效率更高，温度改变速率更快，但脉冲作用持续时间较短，多个脉冲激光周期的叠加效果下使温度多次陡升。两者都存在基材熔化现象，连续激光除锈后表面是一道深度均匀的凹槽，脉冲激光除锈后则是多个光斑形成的火山坑搭接的形貌,在截面上出现多个凸起,且熔坑的深度逐渐加深。根据单一激光的清洗作用机制，接下来分别进行单一激光和组合清洗效果试验。

02 连续、纳秒脉冲单一和组合清洗效果对比测试

为体现复合激光清洗技术相对于激光清洗技术的优势，我们进行了碳钢焊缝氧化皮清洗测试，同时采用500W脉冲设备、2000W连续激光设备、对比500W脉冲激光搭配2000W连续激光器进行清洗测试，测试信息如下：

表1  激光清洗工艺参数

图3 原始状态图

图4 连续、脉冲组合清洗碳钢焊缝氧化皮效果图

根据3组实验结果，采用500W脉冲加2000W连续的复合激光清洗技术，碳钢焊缝氧化皮的清洗效果和效率最佳。

03 翔明复合激光清洗机

翔明激光通过前期大量丰富的工艺应用与技术积累，将连续和纳秒脉冲激光的外光路耦合，设计出一款最具竞争力的复合激光清洗机，该款设备集合了连续激光的高效率及脉冲激光清洗高洁净度的优势，避免了单一清洗的缺点和不足，具有提高清洗质量、增大清洗效率、稳定清洗加工过程等优点。

• 连续、脉冲激光按需输出，可高效彻底清洗焊后氧化物（金属氧化皮、氧化层、锈蚀等）；
• 主机采用机柜空调冷却+内循环水冷，清洗头密封防尘,可长时间稳定作业；
• 配有通讯接口，易于与焊接设备集成。

04 应用案例 管道焊缝除锈

图5户外管道实况           

图6手工喷砂清理锈蚀  

户外作业管道焊接后，进行后续防腐处理需要将焊后氧化物清洗至洁净度Sa2级 ※依据 GB/T 8923.1-2011《涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的目视评定》

图7  连续、脉冲组合清洗效果图

采用复合激光清洗，清洗后的表面不仅满足金属表面清理等级Sa2级，且清洗效率也能满足客户要求，极大程度改善作业人员的工作环境。

复合激光清洗机继承脉冲激光清洗高洁净度及连续激光清洗高效率的优点，解决了客户对激光清洗高效率和高洁净度的需求问题，该设备也将成为激光清洗行业新的应用增长点。

来源：武汉翔明激光科技

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