【技术实现步骤摘要】
本申请属于金属表面处理，尤其是涉及一种应用于金属表面的激光刮擦工艺。
技术介绍
1、金属表面在喷漆或焊接前通常需要清洁预处理，以保证喷漆或焊接的质量，如基建的钢构件表面会存在锈蚀，传统的除锈方法多采用物理或化学方式，在清洁处理后为了增强油漆的附着力还需要进行毛化处理，如常用的喷砂毛化工艺，传统的工艺不仅效率低下，还容易损伤金属表面，污染环境。
2、中国专利201910277672.x公开了一种激光清洗-毛化复合加工方法，让激光器发出的激光分为两束，一束用作激光清洗、一束用作激光毛化，从而实现对材料激光清洗-毛化的复合加工；或者使用两台激光器分别产生两束激光，一前一后作用在工件表面，清洗激光在前，毛化激光在后，从而实现对材料激光清洗-毛化的复合加工。该专利技术专利（201910277672.x）的技术方案相对于传统工艺在效率上有所提升，但本质上还是两种工艺拼接（激光清洗、毛化）分开作业，从而达到清洗毛化效果，实现该工艺的装置结构复杂，体积较大，易受使用空间和环境限制，且制作成本和使用成本高。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，通过一束激光束作用于待处理的金属表面，用于金属表面同时进行清洗和毛化作业，旨在至少解决上述技术问题之一。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，所述的刮擦工艺是通过激光系统的激光头发出一束激光束作用
4、所述激光系统包括光路系统，所述光路系统用于引导和整形激光束并使得调制后的激光束作用于金属材料表面；
5、经过所述光路系统调制后的激光束的功率密度为50-200mw/cm2，所述激光束的光斑大小为50-200um；
6、所述激光系统还包括反馈系统，所述反馈系统用于收集工件表面温度信息、激光束角度和位置信息，并将收集的信息反馈给激光系统的处理单元从而调节激光头的发射功率、角度和位置。
7、优选地，本专利技术的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，所述光路系统包括准直镜、第一振镜、第二振镜和透镜组。
8、优选地，本专利技术的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，所述反馈系统包括温度管理单元，所述温度管理单元包括温度传感器，用于检测金属工件表面温度信息。
9、优选地，本专利技术的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，所述反馈系统还包括设置在激光头上的陀螺仪，用于检测激光束角度和位置信息。
10、优选地，本专利技术的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，所述的激光刮擦工艺还通过防护系统处理尾废物质，所述防护系统包括防护罩、吹气装置和吸尘装置，所述防护罩用于封闭作业空间，所述吹气装置用于吹离工件表面的剥离物，所述吸尘装置用于吸收防护罩内的剥离物和废气。
11、优选地，本专利技术的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，在激光刮擦作业前，根据被刮擦的钢结构工件材料特性、形状及尺寸、表面质量和刮擦后的涂漆要求，明确需要保留的基材和需要清除地污物及涂层，并根据设备以及激光光束性质确定工艺参数。
12、优选地，本专利技术的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，所述激光刮擦工艺的参数选择包括以下步骤：
13、a)通过刮擦材料性质确立能量密度阈值范围；
14、b)通过刮擦实验，调试能量密度参数，测试出损伤阈值；
15、c)找出损伤阈值与表面形貌特征及性能之间的关系；
16、当能量密度超出所需形貌特性所对应的损伤阈值时，确定激光刮擦的能量密度边界；
17、d)通过刮擦实验的效果，选择和优化激光波长、功率密度、激光占空比、刮擦效率、光斑直径的工艺参数，激光功率密度的计算公式为：pd=p/s；
18、其中：pd—激光功率密度，单位mw/cm2；
19、p—激光平均功率，单位mw；
20、s—光斑面积，单位cm2。
21、优选地，本专利技术的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，刮擦作业时，工艺参数设定还包括：激光波长为1.0-1.1μm，加工速度为3-14m2/h。
22、优选地，本专利技术的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，刮擦作业过程中和作业完成后需要对工件进行防护，刮擦作业后还需要对工件进行检测，检测项目包括工件外观、表面粗糙度、涂层附着力和表面硬度。
23、优选地，本专利技术的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，所述待处理的金属包括钢及其合金、铝及其合金、钛及其合金。
24、本专利技术的有益效果是：
25、（1）本专利技术的激光刮擦工艺是通过一束激光束作用于待处理的金属表面，用于金属表面同时进行清洗和毛化作业，实现该工艺的激光装置结构简单能够小型化设计，适用性更好，尤其是在桥梁钢构等复杂的应用场景中，本专利技术的激光刮擦工艺的优势更加明显；
26、（2）在金属焊接前，使用本激光刮擦工艺可以实现随清随焊，极大地提升了施工效率，尤其是在需要快速响应和高精度的桥梁焊接作业中；
27、（3）在金属着漆前，使用本激光刮擦工艺，不仅可以彻底去除表面的防腐漆和锈蚀层，还能够在表面形成均匀的粗糙度，为涂装提供理想的基材条件，相比传统的打磨或化学清洗方法，本激光刮擦具有效率高、无污染的优点，更符合现代环保要求；
28、（4）本激光刮擦工艺技术无污染、能够精确控制，满足清洗作业领域需要更加精细化和绿色化的发展要求。
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1.一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，所述的刮擦工艺是通过激光系统的激光头发出一束激光束作用于待处理的金属表面，用于金属表面同时进行清洗和毛化作业；
2.根据权利要求1所述的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，所述光路系统包括准直镜（11）、第一振镜（12）、第二振镜（13）和透镜组（14）。
3.根据权利要求2所述的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，所述反馈系统包括温度管理单元，所述温度管理单元包括温度传感器，用于检测金属工件表面温度信息。
4.根据权利要求3所述的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，所述反馈系统还包括设置在激光头上的陀螺仪，用于检测激光束角度和位置信息。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，所述的激光刮擦工艺还通过防护系统处理尾废物质，所述防护系统包括防护罩、吹气装置和吸尘装置，所述防护罩用于封闭作业空间，所述吹气装置用于吹离工件表面的剥离物，所述吸尘装置用于吸收防护罩内的剥离物和废气。
6.根据权利要求5所述的一
7.根据权利要求6所述的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，所述激光刮擦工艺的参数选择包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，刮擦作业时，工艺参数设定还包括：激光波长为1.0-1.1μm，加工速度为3-14m2/h。
9.根据权利要求7所述的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，刮擦作业过程中和作业完成后需要对工件进行防护，刮擦作业后还需要对工件进行检测，检测项目包括工件外观、表面粗糙度、涂层附着力和表面硬度。
10.根据权利要求1所述的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，所述待处理的金属包括钢及其合金、铝及其合金、钛及其合金。
...【技术特征摘要】
1.一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，所述的刮擦工艺是通过激光系统的激光头发出一束激光束作用于待处理的金属表面，用于金属表面同时进行清洗和毛化作业；
2.根据权利要求1所述的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，所述光路系统包括准直镜（11）、第一振镜（12）、第二振镜（13）和透镜组（14）。
3.根据权利要求2所述的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，所述反馈系统包括温度管理单元，所述温度管理单元包括温度传感器，用于检测金属工件表面温度信息。
4.根据权利要求3所述的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，所述反馈系统还包括设置在激光头上的陀螺仪，用于检测激光束角度和位置信息。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种应用于金属表面的激光刮擦工艺，其特征在于，所述的激光刮擦工艺还通过防护系统处理尾废物质，所述防护系统包括防护罩、吹气装置和吸尘装置，所述防护罩用于封闭作业空间，所述吹气装置用于吹离工件表面的剥离物，所述吸尘装置用于吸收防护...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄轶禾，矫矫，李琳，郭伟，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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