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ICSCCS25.220J39綠色制造激光表面清洗技術規(guī)范國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T41735—2022 Ⅲ 1 1 1 2 2 3 3 4附錄A(資料性)激光表面清洗推薦工藝參數 7參考文獻 9Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分:標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國綠色制造標準化技術委員會(SAC/TC337)提出并歸口。本文件起草單位:中國航空綜合技術研究所、武漢翔明激光科技有限公司、中機生產力促進中心有集團股份有限公司、中車青島四方機車車輛股份有限公司、中國電力科學研究院有限公司武漢分院、中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司、中國人民解放軍第五七O二工廠、成都飛機工業(yè)(集團)有限責任公司、河北京津冀再制造產業(yè)技術研究有限公司、上海飛機制造有限公司、哈爾濱工業(yè)大學、中國航發(fā)北京航空材料研究院、中國人民解放軍陸軍裝甲兵學院、中國航空制造技術研究院、北京衛(wèi)星制造廠有限公司、中機研標準技術研究院(北京)有限公司、沈陽飛機工業(yè)(集團)有限公司、中國人民解放軍軍事科學院國防科技創(chuàng)新研究院、浙江金洲激光科技有限公司、長沙航空職業(yè)技術學院、中國人民解放軍第五七二O工廠、深圳市杰普特光電股份有限公司、上海船舶工藝研究所、濟南森峰激光科技股份有限公司。1GB/T41735—2022綠色制造激光表面清洗技術規(guī)范本文件適用于工件表面金屬氧化物、鍍覆層、涂層及其他特定污染物的激光清洗,包括焊前、裝配去除。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,僅該日期對應的版本適用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T228.1金屬材料拉伸試驗第1部分:室溫試驗方法GB/T232金屬材料彎曲試驗方法GB/T1031產品幾何技術規(guī)范(GPS)表面結構輪廓法表面粗糙度參數及其數值GB2894安全標志及其使用導則GB/T3138金屬及其他無機覆蓋層表面處理術語GB/T3354定向纖維增強聚合物基復合材料拉伸性能試驗方法GB/T3356定向纖維增強聚合物基復合材料彎曲性能試驗方法GB/T4340.1金屬材料維氏硬度試驗第1部分:試驗方法GB/T5226.1機械電氣安全機械電氣設備第1部分:通用技術條件GB/T5270金屬基體上的金屬覆蓋層電沉積和化學沉積層附著強度試驗方法評述GB7247.1—2012激光產品的安全第1部分:設備分類、要求GB/T7247.14激光產品的安全第14部分:用戶指南GB/T15313激光術語GB/T18490.1機械安全激光加工機第1部分:通用安全要求GB/T18490.2機械安全激光加工機第2部分:手持式激光加工機安全要求GB/T18683鋼鐵件激光表面淬火GB/T28786真空技術真空鍍膜層結合強度測量方法膠帶粘貼法GB/T30707精細陶瓷涂層結合力試驗方法劃痕法GB/T33049偏光片用光學薄膜涂層附著力的測定方法GB/T3138、GB/T18683、GB/T15313界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1激光表面清洗lasersurfacecleaning利用激光束去除工件表面污染物及不需要的材料的過程。2GB/T41735—20223.2經過激光清洗后,去除物(如金屬氧化物及鍍覆層、涂層、污染物等)在工件表面所殘留的程度。3.3清洗速度cleaningspeed激光清洗過程中,單位時間內掃描執(zhí)行機構相對于工件移動的距離。3.4脈沖寬度pulsewidth激光脈沖上升和下降至其50%峰值功率點之間的間隔時間。[來源:GB/T15313—2008,2.1.74,有修改]3.5單激光束輻照在工件表面上的實際作業(yè)直徑。激光能量密度laserenergydensity激光束作用于工件表面單位面積上的激光能量。4清洗分類激光清洗按去除物類型可分為三類:5總體要求5.1操作人員從事激光清洗的操作人員應經過相關工藝、設備使用操作及安全培訓,考核合格后方可上崗。5.2作業(yè)環(huán)境5.2.1激光清洗作業(yè)環(huán)境應保持清潔和通風,環(huán)境溫度宜在5℃~30℃范圍內,相對濕度不宜大于75%。5.2.2激光清洗的場地應按照GB2894的規(guī)定設有明顯的安全標志,并設置柵欄、隔墻、屏風等,防止與工作無關人員誤入危險區(qū)。5.2.3激光清洗現場不應有易燃易爆物品。不應在有禁止明火要求的特定環(huán)境進行激光清洗。5.3工作電壓電源電壓應采用AC220V、50Hz或AC380V、50Hz,并應保持穩(wěn)定。5.4清洗設備5.4.2激光清洗設備應保證清洗后表面的均勻性,不應出現邊緣燒蝕和臺階。5.4.3激光清洗設備的光路系統(tǒng)應全部封閉或采取保護措施(如使激光在金屬管中傳遞),避免直接照3GB/T41735—2022射人體造成傷害。5.4.4激光清洗設備的工作臺宜采用激光防護玻璃等防護裝置屏蔽,以防止激光的反射。5.4.5激光清洗設備輻射安全應符合GB7247.1—2012第4章的要求,并應按照GB7247.1—2012第5章的要求對激光輻射安全進行標記。5.4.6其他安全防護應按照GB/T5226.1、GB/T7247.14、GB2894、GB/T18490.1、GB/T18490.2的規(guī)定執(zhí)行。6工藝準備6.1工藝準備內容工藝準備可包括工藝方案制定、工藝規(guī)程編制、工藝試驗驗證和工藝評定。6.2工藝方案制定工藝方案制定時,應根據被清洗工件材料特性、形狀、尺寸、表面質量、批量、重要程度和用戶要求等,同時結合激光清洗涉及的安全、工業(yè)衛(wèi)生、作業(yè)條件、環(huán)境保護等要求制定。6.3工藝規(guī)程編制6.3.1依據工藝方案及相關技術文件編制相應清洗工藝規(guī)程,明確需要保留的基材和需要清除的污物或涂層,根據設備條件以及激光光束性質等具體條件確定工藝參數。6.3.2為達到最高效率和最小損傷,選擇和優(yōu)化激光平均功率、清洗速度、脈沖重復頻率、作業(yè)光斑直徑、脈沖寬度等關鍵工藝參數,常見清洗工藝參數可參考附錄A進行選取。6.3.3可通過初步清洗試驗,確定激光能量密度閾值范圍。激光能量密度可參考公式(1)計算:………………(1)式中:E——激光能量密度,單位為焦耳每平方厘米(J/cm2);S——光斑面積,單位為平方厘米(cm2);F——脈沖重復頻率,單位為赫茲(Hz)。6.3.4初步清洗試驗時應逐漸增加激光能量密度,根據去除量和表面殘余狀態(tài)測試出清洗閾值和損傷閾值,測試時以待去除層開始減少的數值作為激光能量密度下限,當去除層全部去掉時,以基體材料開始減少的數值作為激光能量密度上限,以在該范圍內可有效去除待去除層且基體材料沒有可見損傷,作為有效清洗范圍。當激光能量密度超出損傷閾值時,不再繼續(xù)測試。激光清洗的能量密度宜在低于損傷閾值30%有效清洗能量密度區(qū)間處,即損傷閾值減去有效清洗能量密度區(qū)間范圍(損傷閾值與清洗閾值之差)的30%,以保護基材不受損傷。6.3.5取與工件同種材料同種狀態(tài)的試驗件,進行工藝參數驗證,并檢查清洗質量是否滿足要求。7清洗程序7.1清洗準備實施清洗作業(yè)前,操作人員應檢查作業(yè)環(huán)境,確保激光傳輸光路上無人員、設備及與作業(yè)不相關的物品,戴好激光防護眼鏡,按操作規(guī)程啟動清洗設備,并調整紅光標識激光清洗位置。4GB/T41735—20227.2清洗過程7.2.2清洗時應遵循由近端到遠端或從工件上端到下端逐步清洗的原則。區(qū)域進行單獨清洗。激光清洗過程中宜采用惰性氣體進行保護。7.2.7對清洗產生的煙塵和廢氣應采用側吹氣流或者吸塵等方式進行排除或收集。7.3.1清洗檢驗合格的工件應根據不同材料和表面狀態(tài)進行防護處理。8質量控制8.2工藝評定a)新工藝首次采用時;b)重大生產設備有變更或大修后;d)用戶有要求時。8.2.1.2工藝評定項目及要求應按照表1執(zhí)行。如用戶有特殊要求時,可將可選項目作為必選項目。檢驗項目適用類型要求及檢驗方法外觀(必選)I類、Ⅱ類、Ⅲ類表面粗糙度(必選)I類、Ⅱ類、Ⅲ類涂層結合力(必選)I類、Ⅱ類顯微組織(可選)I類、Ⅱ類5GB/T41735—2022表1工藝評定項目及要求(續(xù))檢驗項目適用類型要求及檢驗方法硬度(可選)I類、Ⅱ類8.3.6拉伸強度(可選)I類、Ⅱ類8.3.7彎曲性能(可選)I類、Ⅱ類8.3.8a)清洗車間的名稱和地址;b)工藝操作過程;d)詳細的工藝參數;e)加工日期和測試日期;h)任何可能影響測試結果或者誤差的因素。用肉眼或放大鏡觀察,激光清洗后的工件表面不應有明顯污物或殘余去除物,不應有新出現的裂按GB/T1031的規(guī)定評定激光清洗工件的表面粗糙度。當激光清洗為涂裝前道工序時,清洗后的表面粗糙度檢測應根據后道工序的工藝要求進行。當激光清洗為工件最后工序時,激光清洗后表面粗糙度等級變化不應超過一個等級。可使用探針類輪廓測量儀或三維光學輪廓測量儀測定表面粗糙度。行激光清洗后重新制備涂層的結合力檢測,激光清洗后的基體表面與重新制備的涂層結合力不應低于a)噴涂層去除檢測宜按GB/T8642的規(guī)定,采用拉伸試驗方法測試結合強度。c)氣相沉積層去除和其他薄膜類層去除的結合強度檢測,應按照GB/T28786和GB/T330496GB/T41735—2022通過不低于500倍的光學顯微鏡或掃描電子顯微鏡觀察激光清洗基體剖面,不宜出現微米級以上激光清洗后硬度應滿足用戶要求,試樣、表面硬度測量儀器及試驗步驟應符合GB/T4340.1的要求。對于無法移動、取樣或無法夾持放置的樣品,可按GB/T17394.1的規(guī)定進行測量,進行硬度值換激光清洗后拉伸強度不宜低于工件的相關材料標準規(guī)定值,金屬基體材料拉伸強度試驗應按照GB/T228.1的規(guī)定進行,樹脂基復合材料基體材料拉伸強度試驗應按照GB/T3354的規(guī)定進行。激光清洗后彎曲性能不宜低于工件的相關材料標準規(guī)定值,金屬基體材料彎曲性能試驗應按照GB/T232的規(guī)定進行,試驗后用20倍的放大鏡對彎曲部位進行檢查。樹脂基復合材料基體材料彎曲性能試驗應按照GB/T3356的規(guī)定進行。7GB/T41735—2022(資料性)激光表面清洗推薦工藝參數表A.1~表A.3給出了常用激光清洗推薦的工藝參數。表A.1I類金屬氧化物及鍍覆層的激光清洗主要工藝參數序號去除物激光波長類型激光平均功率W脈沖重復頻率清洗速度m/min作業(yè)光斑直徑1鋁合金表面的自然氧化膜脈沖0.6~1.540~1202鈦合金表面的自然氧化膜脈沖40~7080~1400.6~1.590~1503鋁合金表面的人工陽極氧化膜脈沖0.9~1.84鋁合金MIG焊后氧化物脈沖5鈦合金表面的自然氧化膜脈沖250~550注:序號1、2、3、4組工藝參數在100W脈沖光纖激光器條件下獲得,該100W為20ns~500ns;序號為5的組,工藝參數在1000W脈沖光纖激光器條件下獲得,該1000W脈沖激光器的脈沖寬度為固定脈沖寬度100ns。表A.2Ⅱ類涂層去除的激光清洗主要工藝參數序號去除物激光波長類型激光平均功率W脈沖重復頻率kHz清洗速度m/min作業(yè)光斑直徑1碳鋼表面液態(tài)防銹油脈沖70~10070~1450.6~1.590~2002鋁合金表面油漆(厚度50μm)脈沖90~10070~1000.3~1.270~2003碳鋼表面鍍鋅層(厚度10μm)脈沖70~10070~2003.0~6.090~2004鋁合金表面油漆(厚度40μm~60pm)脈沖300~6000.36~0.54注:序號1、2、3組工藝參數在100W脈沖光纖激光器條件下獲得,該100W脈沖激光器的脈沖寬度調節(jié)范圍為20ns~500ns;序號為4的組,工藝參數在1000W脈沖光纖激光器條件下獲得,該1000W脈沖激光器的脈沖寬度為固定脈沖寬度100ns。8表A.3Ⅲ類特定污染物、劣化材料表層或殘留物的激光清洗主要工藝參數序號基材去除層厚度激光波長類型激光平均功率W脈沖重復頻率清洗速度m/min作業(yè)光斑直徑1氧化鋁陶瓷

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