一种铝合金氧化膜焊前激光清洗设备制造技术

本实用新型专利技术提供了一种铝合金氧化膜焊前激光清洗设备，能进行高效、高质、环保、稳定的铝合金表面氧化膜焊前激光清洗。为了实现上述目的，本实用新型专利技术提供了一种铝合金氧化膜焊前激光清洗设备，包括：发出纳秒级短脉冲的激光束101的激光振镜头，所述激光束101的光轴与铝合金工件的待清洗表面102相交，并且在交点处形成夹角α，30°≤α≤60°；压缩空气喷嘴103，指向所述交点，并与所述待清洗表面102形成夹角β，10°≤β≤20°；吸尘系统，所述吸尘系统的吸嘴104指向所述交点，所述吸嘴104与所述待清洗表面形成90°的夹角γ。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及激光清洗和激光焊接技术，特别是涉及铝合金氧化膜焊前激光清洗技术。
技术介绍
铝合金表面的氧化膜存在不同的形态，在比较低的温度下，氧化物的形态多数是拜耳体，其成分为氢氧化铝，即Al(OH)3，也可以写成Al2O3·3H2O。而比较高的温度下，生成以勃姆体AlO(OH)(也可以写成Al2O3·H2O)为主体形态的氧化膜。铝合金在大气中形成的天然氧化膜厚度只有2～30nm，人工制备氧化膜的方法主要有两种：一是化学氧化法，其制备出的氧化膜的厚度为1～2.5μm，二是阳极氧化法，该方法制备出的氧化膜的厚度为2.5～150μm。铝合金氧化膜的存在对焊缝质量有不利影响，因为铝合金氧化膜熔点高达2050℃，远远超过铝合金的熔点(660℃)，焊接过程中不熔化，焊缝易形成夹渣缺陷。而且，该氧化膜易吸潮，在焊接时氧化膜分解放出大量气体，熔池结晶过程中大量的气孔来不及逸出，导致焊缝易出现气孔缺陷。为提高铝合金焊缝质量，焊接前都要清除铝合金表面氧化膜。目前铝合金焊前氧化膜的清洗方法主要有化学法和机械法。酸碱法加上刮刀刮削法是目前铝合金焊前氧化膜清洗最有效的一种方法，已在航空航天、车辆、压力容器等行业中广泛应用，该方法的工艺流程一般为：(1)除油将待清洗的铝合金件浸泡在Na2CO3溶液中，温度为60℃，时间为5～10分钟；(2)冲洗使用清水冲洗铝合金件，温度为25～30℃，时间为2分钟；(3)干燥使用干布擦干铝合金件；(4)碱洗将铝合金件浸泡在NaOH溶液中，温度为50～60℃，时间为5～7分钟；(5)冲洗使用清水冲铝合金件，温度为25～30℃，时间为2分钟；(6)中和光化将铝合金件浸泡在HNO3溶液中，温度为25～30℃，时间为2～3分钟；(7)冲洗使用清水冲洗铝合金件，温度为25～30℃，时间为2分钟；(8)干燥将铝合金件吹干或100～110℃烘干。(9)刮刀刮采用刮刀刮待焊接件正反面距离焊缝中心25mm内的区域和试件侧面。酸碱洗法加上机械法虽然能有效清除铝合金氧化膜，但是该方法工序较多，效率低，而且酸、碱处理过程中，产生的刺鼻气体对人体健康有严重的损害作用，伴随酸、碱清洗带来的环境污染问题也厄待解决。同时，刮刀刮削法会对铝合金表面造成划痕等物理损伤，并产生残余应力，影响焊缝性能，而且刮削时产生的铝合金粉尘对人体健康有危害。超声波法利用超声波的空化作用清除氧化膜，但是该方法要求将待清洗的铝合金件放入液体中，而且，超声波法仅适用于处理氧化膜结构相对疏松的小铝合金结构件，对于较大的铝合金件上的氧化膜清除效率较低，极大的限制了该方法的应用。总之，上述铝合金表面氧化膜清洗方法虽然都较好的清除了氧化膜，但是都不同程度的存在各自的问题，限制了其在铝合金表面氧化膜清洗中的应用和推广，因此，从清洗效率、人体健康和环境保护等方面考虑，急需开发新的铝合金表面氧化膜焊前清洗方法。
技术实现思路
本技术的目的是要提供一种铝合金氧化膜焊前激光清洗设备，能进行高效、高质、环保、稳定的铝合金表面氧化膜焊前激光清洗。为了实现上述目的，本技术提供了一种铝合金氧化膜焊前激光清洗设备，包括：发出纳秒级短脉冲的激光束101的激光振镜头，所述激光束101的光轴与铝合金工件的待清洗表面102相交，并且在交点处形成夹角α，30°≤α≤60°；压缩空气喷嘴103，指向所述交点，并与所述待清洗表面102形成夹角β，10°≤β≤20°；吸尘系统，所述吸尘系统的吸嘴104指向所述交点，所述吸嘴104与所述待清洗表面形成90°的夹角γ。优选的，上述的铝合金氧化膜焊前激光清洗设备中，所述激光振镜头的激光器是纳秒脉冲固体激光器；所述激光器的激光脉冲宽度为30ns，频率为10kHz，脉冲能量为40mJ。优选的，上述的铝合金氧化膜焊前激光清洗设备中，所述激光器的光斑直径为0.8mm。优选的，上述的铝合金氧化膜焊前激光清洗设备中，所述激光振镜头发出的线光斑的长度为0.8～75mm；所述激光振镜头是扫描速度为3m/s的2维平面振镜头。优选的，上述的铝合金氧化膜焊前激光清洗设备中，所述压缩空气喷嘴的压缩空气流量为30～50l/min；所述吸尘系统的功率为0.135kW。优选的，上述的铝合金氧化膜焊前激光清洗设备中，所述激光束的平均功率为40W～400W。本技术实施例具有以下技术效果：1)本技术实施例中，采用短脉冲(纳秒)激光，可以使铝合金表面的油污瞬间气化，铝合金表面的氧化膜(主要为Al2O3)也会因为热应力的作用，龟裂，并在脉冲激光产生的等离子体冲击波作用下，脱离铝合金表面。而且，短脉冲的激光作用，近似于冷加工，不影响铝合金基体的性能。2)本技术实施例为非接触式的清洗方法，自动化程度高；无需清洗液；配备的吸尘系统将气化的油污和剥离的氧化膜颗粒回收，不污染环境，属于绿色的清洗技术。3)所述激光振镜头发出的是线光斑，能够大大提高清洗效率。根据下文结合附图对本技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1是本技术方法实施例的步骤流程图；图2是本技术方法实施例的激光清洗示意图；图3是本技术方法实施例的铝合金表面氧化膜剥离示意图。具体实施方式图2是激光清洗示意图，如图2所示，本技术实施例提供一种铝合金氧化膜焊前激光清洗设备，包括：发出纳秒级短脉冲的激光束101的激光振镜头，所述激光束101的光轴与铝合金工件的待清洗表面102相交，并且在交点处形成夹角α，30°≤α≤60°；压缩空气喷嘴103，指向所述交点，并与所述待清洗表面102形成夹角β，10°≤β≤20°；吸尘系统，所述吸尘系统的吸嘴104指向所述交点，所述吸嘴104与所述待清洗表面形成90°的夹角γ。因此，本技术实施例中，采用短脉冲(纳秒)激光，可以使铝合金表面的油污瞬间气化，铝合金表面的氧化膜(主要为Al2O3)也会因为热应力的作用，龟裂，并在脉冲激光产生的等离子体冲击波作用下，脱离铝合金表面。配备的吸尘系统将气化的油污和剥离的氧化膜颗粒回收，不污染环境，属于绿色的清洗技术；而且，短脉冲的激光作用，近似于冷加工，不影响铝合金基体的性能。图1是本技术一个方法实施例的步骤流程图，如图1和图2所示，对应以上激光清洗设备，本技术还提供了一种铝合金氧化膜焊前激光清洗的方法，包括：位置设置步骤10：设置铝合金工件和激光振镜头的位置，所述激光振镜头能发出纳秒级短脉冲的激光束101，所述激光束101的光轴与所述铝合金工件的待清洗表面102相交，并且在交点处形成夹角α，30°≤α≤60°；设置压缩空气喷嘴103指向所述交点，并使得所述压缩空气喷嘴103与所述待清洗表面102形成夹角β，10°≤β≤20°；设置吸尘系统的吸嘴104指向所述交点，并使得所述吸嘴104与所述待清洗表面形成90°的夹角γ；功率设置步骤20：根据所述待清洗表面的氧化膜的厚度，设定所述激光束的平均功率和清洗速度；清洗步骤30：以所述平均功率和清洗速度对所述待清洗表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金氧化膜焊前激光清洗设备，其特征在于，包括：发出纳秒级短脉冲的激光束(101)的激光振镜头，所述激光束(101)的光轴与铝合金工件的待清洗表面(102)相交，并且在交点处形成夹角α，30°≤α≤60°；压缩空气喷嘴(103)，指向所述交点，并与所述待清洗表面(102)形成夹角β，10°≤β≤20°；吸尘系统，所述吸尘系统的吸嘴(104)指向所述交点，所述吸嘴(104)与所述待清洗表面形成90°的夹角γ。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金氧化膜焊前激光清洗设备，其特征在于，包括：发出纳秒级短脉冲的激光束(101)的激光振镜头，所述激光束(101)的光轴与铝合金工件的待清洗表面(102)相交，并且在交点处形成夹角α，30°≤α≤60°；压缩空气喷嘴(103)，指向所述交点，并与所述待清洗表面(102)形成夹角β，10°≤β≤20°；吸尘系统，所述吸尘系统的吸嘴(104)指向所述交点，所述吸嘴(104)与所述待清洗表面形成90°的夹角γ。2.根据权利要求1所述的铝合金氧化膜焊前激光清洗设备，其特征在于，所述激光振镜头的激光器是纳秒脉冲固体激光器；所述激光器的激光脉冲宽度为30ns，频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯杰才，赵慧峰，吴金鹏，
申请(专利权)人：上海临仕激光科技有限公司，中制高科技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31