本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋁構(gòu)件表層陽極氧化膜的激光去除方法。

背景技術(shù)：

對于在航天航空領(lǐng)域應(yīng)用的一些鋁合金大型構(gòu)件來說，考慮到防護(hù)要求，所用材料均為陽極氧化鋁，其表層存在約20μm～50μm厚度的氧化膜。如不在焊前對氧化膜進(jìn)行有效去除，在后續(xù)的焊接過程中，會產(chǎn)生氣孔、夾雜等缺陷，給焊縫力學(xué)性能帶來不利影響。因此，一般采用氣動砂輪與手工刮削的方式在焊接前對表層氧化膜進(jìn)行去除。這種方式生產(chǎn)效率低，且對氧化膜的去除不均勻、表面質(zhì)量差，還會導(dǎo)致未去除干凈的氧化膜殘留在金屬內(nèi)，對后續(xù)焊縫質(zhì)量帶來嚴(yán)重影響。

作為激光加工技術(shù)的一個分支，短脈沖激光加工在近幾年被廣泛關(guān)注。所用的激光脈沖的寬度在飛秒(fs)到納秒(ns)之間。由于脈沖的作用持續(xù)時間短，加工區(qū)域熱擴(kuò)散影響小，可以有效改善加工效果，其表面形成的微結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比用長脈沖加工高得多。超短脈沖激光(納秒量級)，同時結(jié)合振鏡對陽極氧化鋁合金表面進(jìn)行處理，超短脈沖激光可與材料產(chǎn)生光、熱、沖擊波等效應(yīng)，能在瞬時短時產(chǎn)生超高光強(qiáng)，使表層氧化膜破裂、汽化，且超脈沖激光具有精確且低的損傷閾值，可有效避免母材熔化。而且，由于激光加工是無接觸的加工方式，對工件不產(chǎn)生沖擊，不會產(chǎn)生機(jī)械變形。

綜上，傳統(tǒng)的氣動砂輪與手工刮削方法難以滿足鋁合金構(gòu)件表面陽極氧化膜的高效、高可靠性、高質(zhì)量去除需求，為此，采用脈沖激光去除方式，該方式屬于無接觸加工方式，對工件不產(chǎn)生沖擊，不會產(chǎn)生機(jī)械變形。與傳統(tǒng)的氣動砂輪及手工刮削相比，操作簡單，可達(dá)性好，生產(chǎn)效率高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種鋁合金構(gòu)件表層陽極氧化膜的激光去除方法，能夠解決現(xiàn)有氣動砂輪與手工刮削方式生產(chǎn)效率低、氧化膜去除不均勻、表面質(zhì)量差，氧化膜殘留等問題，為鋁合金構(gòu)件表層陽極氧化膜的高效、高可靠性、高質(zhì)量去除提供一種可行的方案。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種鋁構(gòu)件表層陽極氧化膜的激光去除方法包括以下步驟：

s1、對表面有陽極氧化層的鋁合金構(gòu)件采用激光進(jìn)行處理，從而去除鋁合金構(gòu)件表面的陽極氧化膜；

s2、通過振鏡對激光光束進(jìn)行反射和定位，使其以高速傳輸?shù)焦ぜ砻?，在鋁合金構(gòu)件的表面需去除陽極氧化層的區(qū)域進(jìn)行掃描，可實現(xiàn)復(fù)雜曲面及大面積區(qū)域氧化膜的去除。

進(jìn)一步，采用短脈沖激光作用于鋁合金表面的陽極氧化膜，使氧化膜破裂、蒸發(fā)燒損從而去除。

進(jìn)一步，所述步驟s1中，金屬表面陽極氧化膜激光去除后殘留在構(gòu)件表面的氧化膜厚度≦5μm。

進(jìn)一步，所述步驟s1中，在激光去除陽極氧化膜過程中，可以通過調(diào)節(jié)脈沖激光參數(shù)，靈活調(diào)整氧化膜去除厚度，同時不造成對鋁合金基體的熱損傷。

進(jìn)一步，所述脈沖激光參數(shù)包括脈寬、頻率、脈沖能量、掃描次數(shù)。

進(jìn)一步，所述步驟s2中，通過對振鏡掃描速度、激光頭運(yùn)動速度的調(diào)控實現(xiàn)復(fù)雜曲面及大面積區(qū)域氧化膜的高效去除。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、相比氣動砂輪與手工刮削手段，短脈沖激光去除陽極氧化膜可靠性高、表面質(zhì)量好、均勻性好；

2、可根據(jù)實際需求，通過調(diào)節(jié)脈沖激光參數(shù)靈活調(diào)控氧化膜去除厚度，增大工藝可控性；

3、采用振鏡對激光光束進(jìn)行反射和定位，相比氣動砂輪與手工刮削手段的空間可達(dá)性好，更適用于復(fù)雜曲面構(gòu)件；

4、由于激光加工的非接觸特性，對工件不產(chǎn)生沖擊，不會產(chǎn)生機(jī)械變形。與傳統(tǒng)的氣動砂輪及手工刮削相比，操作簡單，生產(chǎn)效率高，有利于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的鋁合金構(gòu)件待焊接頭(對接、搭接)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的對鋁合金表層陽極氧化膜的激光去除過程示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例的通過對振鏡掃描速度、激光頭運(yùn)動速度的調(diào)控實現(xiàn)復(fù)雜曲面及大面積區(qū)域氧化膜高效去除過程的示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例的對陽極氧化鋁構(gòu)件采用激光去除氧化膜后橫截面金相照片；

圖5是本發(fā)明實施例的陽極氧化鋁構(gòu)件未進(jìn)行激光處理直接施焊以及采用激光去除氧化膜后得到的焊縫。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實施例1：如圖1所示，本發(fā)明實施例的鋁合金構(gòu)件由于防護(hù)要求，構(gòu)件作陽極氧化處理，使待焊接頭(對接、搭接)中對接及搭接面均存在陽極氧化膜，厚度為20～50μm(厚度隨構(gòu)件不同部位不同防護(hù)要求所對應(yīng)的陽極化工藝的不同而變化)，本發(fā)明提供一種構(gòu)件表層陽極氧化膜的激光去除方法，包括如下步驟：

s1、對表面有陽極氧化層2的鋁合金構(gòu)件1采用短脈沖激光3進(jìn)行處理，短脈沖激光可與材料產(chǎn)生光、熱、沖擊波等效應(yīng)5，能在瞬時短時產(chǎn)生超高光強(qiáng)，使表層氧化膜破裂、蒸發(fā)燒蝕，從而去除鋁合金構(gòu)件表面的陽極氧化膜，同時需對脈沖激光參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)控，使之在去除氧化膜的同時，不使基體熔化產(chǎn)生重鑄層。

s2、通過振鏡4對激光光束進(jìn)行反射和定位，使其以高速傳輸?shù)焦ぜ砻妫阡X合金構(gòu)件1的表面需去除陽極氧化層的區(qū)域進(jìn)行掃描，可實現(xiàn)復(fù)雜曲面及大面積區(qū)域氧化膜的去除。

對在上述條件下進(jìn)行激光處理后的構(gòu)件采用橫截面金相觀察的方法以考察氧化膜去除效果及母材的熔化情況，并對未進(jìn)行激光處理及激光處理后的構(gòu)件進(jìn)行電弧焊以考察氧化膜的去除效果。

選用母材為ld10鋁合金，采用納秒短脈沖激光器，光斑尺寸為8mm，激光功率為300w～500w，脈寬為20～40ns，掃描速度在200mm/min～800mm/min范圍內(nèi)，脈沖頻率為10khz，激光掃描次數(shù)2～10次(激光功率越高，掃描速度越低，需要的掃描次數(shù)越少)。優(yōu)選的，需要根據(jù)要去除的氧化膜厚度，嚴(yán)格調(diào)控激光脈沖參數(shù)，以確保激光處理后所述金屬表面氧化膜殘余厚度≦5μm，母材重熔層在5μm以內(nèi)。如圖4所示，采用脈沖激光可有效去鋁合金表面陽極氧化膜，處理前氧化膜厚度約為50μm，激光處理后氧化膜基本去除，殘留厚度約為3μm，且母材表層未見熔化區(qū)。如圖5所示，未進(jìn)行激光處理的焊縫表面發(fā)黑且存在表面氣孔、夾渣；而激光處理后的焊縫表面呈銀白光澤，無明顯缺陷，經(jīng)焊縫x射線探傷評級為i級焊縫。

由上述實施例可知，本發(fā)明的方法操作簡單，采用納秒短脈沖激光去除陽極氧化鋁構(gòu)件表面的氧化膜，通過短脈沖激光產(chǎn)生的超高光強(qiáng)，使氧化膜破裂、蒸發(fā)燒蝕，從而實現(xiàn)促進(jìn)氧化膜的去除，相比傳統(tǒng)的刮削方法可提升氧化膜去除后構(gòu)件的表面質(zhì)量，并可提高氧化膜去除可靠性及效率。

本說明書中對于實施例公開的系統(tǒng)而言，由于與實施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種用于鋁合金構(gòu)件表層陽極氧化膜的激光去除方法，用于解決鋁合金構(gòu)件表面陽極氧化膜給后續(xù)焊接帶來的氣孔、夾雜等缺陷問題。本發(fā)明的特征在于采用納秒級的短脈沖激光，在優(yōu)化的激光參數(shù)下，利用短脈沖激光與表層氧化膜的光、熱、沖擊波等效應(yīng)，使表層氧化膜破裂、汽化，從而達(dá)到去除氧化膜的目的。超脈沖激光具有精確且低的損傷閾值，可有效避免母材熔化，同時，激光加工是無接觸加工方式，對工件不產(chǎn)生沖擊，不會產(chǎn)生機(jī)械變形。與傳統(tǒng)的氣動砂輪及手工刮削相比，采用這種方法操作簡單，可達(dá)性好，生產(chǎn)效率高。

技術(shù)研發(fā)人員：張婧;封小松;高嘉爽;尹玉環(huán);張聃;馬子奇;宋學(xué)成;郭立杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海航天設(shè)備制造總廠
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.05
技術(shù)公布日：2017.08.22