【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光加工，具体涉及一种用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法与装置。
技术介绍
1、传统的激光清洗方式利用单一激光源，主要通过光的热效实现污染的加热和去除，由于工作环境不同，铝合金材料表面污染组成复杂，表面往往存在多种污染物，利用单一激光对材料表面特定污染物进行参数优化仅适用于特定污染物的清洗。总体上，利用单一激光源存在清洗污染物种类范围窄，清洗效率低的问题。
2、进一步地，激光清洗和清洗后材料表面的力学性能强化是两种工艺，常规表面性能强化方式首先需要对金属基体表面进行清洗，之后对清洗后的表面进行强化工艺。如分别使用激光清洗和激光冲击强化工艺实现表面力学性能的提升处理，则需要对激光清洗和激光冲击强化的工艺参数进行预先优化设置，两种工艺不能同时进行，增加了整体工艺的复杂度。
3、现有技术中为增强激光清洗效果，常规激光清洗方式是通过增加激光能量密度，从而避免不完全清洗。但激光能量密度的提升也会导致基体在清洗时发生损伤，同时增加了激光参数优化的难度，因此，需要找到一种合理分配激光能量的方式，从而能够避免激光清洗过程中的基体损伤。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法与装置的新技术方案。
2、根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，包括如下步骤：
3、固定铝合金基体，确定其表面待清洗区域；
4、根据所述
5、根据微秒脉冲激光头形成的激光扫描区以及纳秒脉冲激光头形成的激光扫描区，按照所述清洗工艺参数沿扫描路径进行复合激光清洗；其中，在进行复合激光清洗时，微秒脉冲激光在前并形成微秒脉冲激光扫描区a1，纳秒脉冲激光在后并形成纳秒脉冲激光扫描区a2，且微秒脉冲激光扫描区a1与纳秒脉冲激光扫描区a2部分重叠。
6、可选地，所述纳秒脉冲激光扫描区a2和所述微秒脉冲激光扫描区a1重叠面积为所述微秒脉冲激光扫描区a1面积的25％-50％。
7、可选地，所述纳秒脉冲激光扫描区a2的宽度d2和所述微秒脉冲激光扫描区a1的宽度d1相等。
8、可选地，所述清洗工艺参数包括：脉冲宽度、脉冲频率、光斑直径、输出功率以及扫描速度。
9、可选地，所述纳秒脉冲激光头和所述微秒脉冲激光头发出的扫描光束与所述待清洗区域的夹角均为50°～75°。
10、可选地，所述纳秒脉冲激光头发出的扫描光束与所述铝合金基体之间形成第一夹角，所述微秒脉冲激光发出的扫描光束与所述铝合金基体之间形成第二夹角，且所述第一夹角与所述第二夹角相等，所述纳秒脉冲激光在待清洗区域聚焦形成的光斑直径d2与微秒脉冲激光在待清洗面聚焦形成的光斑直径d1满足d2≤d1。
11、可选地，所述纳秒脉冲激光头形成的纳秒脉冲激光的波长为1064nm，且所述微秒脉冲激光头形成的微秒脉冲激光的波长为1064nm。
12、可选地，所述纳秒脉冲激光头的清洗工艺参数为：脉冲宽度为100ns-150ns、脉冲频率为200khz～400khz、输出功率为80w-100w、扫描速度为3000mm/s～7000mm/s；
13、所述微秒脉冲激光头的清洗工艺参数为：脉冲宽度为1μs、脉冲频率为20khz～50khz、输出功率为150w-350w、扫描速度为800mm/s～2000mm/s。
14、根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于铝合金激光清洗与性能强化的加工装置，采用如第一方面所述的加工方法，包括纳秒脉冲激光头、微秒脉冲激光头、第一固定板、第二固定板、第一旋转电机、第二旋转电机以及温度传感器；
15、所述第一固定板和所述第二固定板之间形成安装区域，所述纳秒脉冲激光头、微秒脉冲激光头以及所述温度传感器均设置于所述安装区域，且所述温度传感器位于所述纳秒脉冲激光头和所述微秒脉冲激光头之间；其中，所述纳秒脉冲激光头、微秒脉冲激光头分别与所述第一固定板以及所述第二固定板转动连接；
16、所述第一旋转电机与所述纳秒脉冲激光头连接，用于驱动所述纳秒脉冲激光头旋转；所述第二旋转电机与所述微秒脉冲激光头连接，用于驱动所述微秒脉冲激光头旋转；
17、所述温度传感器用于测量微秒脉冲激光形成的微秒脉冲激光扫描区a1与纳秒脉冲激光形成的纳秒脉冲激光扫描区a2的重叠部分的温度；其中，所述温度小于所述铝合金基体熔点的85％。
18、可选地，该用于铝合金激光清洗与性能强化的加工装置还包括传感器夹具、第一固定夹具、第二固定夹具和电机存放箱；所述温度传感器固定于所述传感器夹具，所述纳秒脉冲激光头固定于所述第一固定夹具，所述微秒脉冲激光头固定于所述第二固定夹具；所述第一固定夹具、第二固定夹具分别与所述第一固定板以及所述第二固定板转动连接；
19、所述电机存放箱固定于所述第二固定板远离所述第一固定板一侧，所述第一旋转电机、所述第二旋转电机均设置于所述电机存放箱内，且所述第一旋转电机的输出轴依次穿过电机存放箱、第二固定板与所述第一固定夹具固定连接，所述第二旋转电机的输出轴依次穿过电机存放箱、第二固定板与所述第二固定夹具固定连接。
20、本专利技术的一个技术效果在于：
21、在本申请实施例中，该用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法与装置利用不同脉冲宽度的纳秒脉冲激光与微秒脉冲激光两种光源，一前一后复合之后精确激光清洗作业，不仅提高了激光清洗作业的效率，还可获得铝合金力学性能的强化。
22、具体地，利用微秒脉冲激光的高功率对待清洗物进行大面积的清洗破坏，清洗去除85％-95％的厚度，同时，清洗过程中的部分激光能量传递至铝合金基体产生能量累积，铝合金表面形成微熔状态；此时，利用纳秒脉冲激光的高重复频率特征及冲击作用，去除剩余厚度的污染物，并在多个脉冲的反复冲击作用下，铝合金清洗表面形成晶粒细化层，使得力学性能获得提升。因此，该用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法与装置结合了微秒脉冲激光高能量输入和纳秒脉冲激光高重复频率的特点，既提高了激光清洗效率又强化了铝合金力学性能。
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1.一种用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光扫描区A2和所述微秒脉冲激光扫描区A1重叠面积为所述微秒脉冲激光扫描区A1面积的25％-50％。
3.根据权利要求1所述的用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光扫描区A2的宽度D2和所述微秒脉冲激光扫描区A1的宽度D1相等。
4.根据权利要求1所述的用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，所述清洗工艺参数包括：脉冲宽度、脉冲频率、光斑直径、输出功率以及扫描速度。
5.根据权利要求1所述的用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光头和所述微秒脉冲激光头发出的扫描光束与所述待清洗区域的夹角均为50°～75°。
6.根据权利要求1所述的用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光头发出的扫描光束与所述铝合金基体之间形成第一夹角，所述微秒脉冲激光发出的扫描光束与所述铝合金基
7.根据权利要求1所述的用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光头形成的纳秒脉冲激光的波长为1064nm，且所述微秒脉冲激光头形成的微秒脉冲激光的波长为1064nm。
8.根据权利要求1所述的用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光头的清洗工艺参数为：脉冲宽度为100ns-150ns、脉冲频率为200KHz～400KHz、输出功率为80W-100W、扫描速度为3000mm/s～7000mm/s；
9.一种用于铝合金激光清洗与性能强化的加工装置，其特征在于，采用如权利要求1至8任意一项所述的加工方法，包括纳秒脉冲激光头、微秒脉冲激光头、第一固定板、第二固定板、第一旋转电机、第二旋转电机以及温度传感器；
10.根据权利要求9所述的用于铝合金激光清洗与性能强化的加工装置，其特征在于，还包括传感器夹具、第一固定夹具、第二固定夹具和电机存放箱；所述温度传感器固定于所述传感器夹具，所述纳秒脉冲激光头固定于所述第一固定夹具，所述微秒脉冲激光头固定于所述第二固定夹具；所述第一固定夹具、第二固定夹具分别与所述第一固定板以及所述第二固定板转动连接；
...【技术特征摘要】
1.一种用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光扫描区a2和所述微秒脉冲激光扫描区a1重叠面积为所述微秒脉冲激光扫描区a1面积的25％-50％。
3.根据权利要求1所述的用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光扫描区a2的宽度d2和所述微秒脉冲激光扫描区a1的宽度d1相等。
4.根据权利要求1所述的用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，所述清洗工艺参数包括：脉冲宽度、脉冲频率、光斑直径、输出功率以及扫描速度。
5.根据权利要求1所述的用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光头和所述微秒脉冲激光头发出的扫描光束与所述待清洗区域的夹角均为50°～75°。
6.根据权利要求1所述的用于铝合金激光清洗与性能强化的加工方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光头发出的扫描光束与所述铝合金基体之间形成第一夹角，所述微秒脉冲激光发出的扫描光束与所述铝合金基体之间形成第二夹角，且所述第一夹角与所述第二夹角相等，所述纳秒脉冲激光在待清洗区域聚焦形成的光斑直径d2与微秒...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵海朝，赵强，陈书赢，乔玉林，马国政，张庆，张勇，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：
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