一种对金属板涂层进行纳秒脉冲激光剥离的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种对金属板涂层进行纳秒脉冲激光剥离的方法和系统，上述方法具体为，将纳秒脉冲激光器发出的激光光束通过二维扫描振镜发射至待剥离的涂层表面，待剥离涂层通过纳秒脉冲激光烧蚀后产生爆炸性熔融反应，并在涂层表面产生的高速气流的带动下脱离金属板；上述系统包括依次设置的纳秒激光器、传能光纤、准直头和二维扫描振镜，所述纳秒激光器发出的激光光束依次经过传能光纤、准直头和二维扫描振镜发射至待剥离的金属板涂层表面。本发明专利技术所提供的剥离方法与现有剥离方法相比具有更加环保、过程可控、精度和效率更高且成本更低等优势，所提供的系统设计科学巧妙且结构合理，应用前景广阔。

A Method and System for Nanosecond Pulse Laser Peeling of Metal Plate Coatings

The invention discloses a method and system for nanosecond pulsed laser stripping of metal plate coating. The method is as follows: the laser beam emitted by nanosecond pulsed laser is transmitted to the coating surface to be stripped through a two-dimensional scanning galvanometer, the coating to be stripped generates explosive melting reaction after ablation by nanosecond pulsed laser, and the high-speed airflow generated on the coating surface drives it. The system consists of a nanosecond laser, an energy transfer fiber, a collimating head and a two-dimensional scanning galvanometer arranged in turn. The laser beams emitted by the nanosecond laser are transmitted to the coated surface of the metal plate to be peeled through the energy transfer fiber, the collimating head and the two-dimensional scanning galvanometer in turn. Compared with the existing stripping method, the stripping method provided by the invention has the advantages of more environmental protection, controllable process, higher accuracy and efficiency, and lower cost. The system design provided by the invention is scientific, ingenious and reasonable in structure, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种对金属板涂层进行纳秒脉冲激光剥离的方法和系统
本专利技术涉及激光技术的应用领域，更具体地，涉及一种对金属板涂层进行纳秒脉冲激光剥离的方法和系统。
技术介绍
为了实现汽车车身的轻量化，提高车身结构在弯曲和扭转方面的刚性，通过热成型技术处理后的高强钢在汽车工业中被广泛使用；但热成型工艺的温度高达900℃，高温会使钢板发生严重的腐蚀作用。为了防止这一作用产生，现有技术多采用在高强钢钢板的表层镀Al-Si涂层工艺，Al-Si涂层在热成型所达到的高温下具有良好的稳定性，对钢板基材具有良好的防腐作用。Al-Si涂层虽然对高强钢钢板基材有良好的保护作用，但对基材的焊接会产生不良的影响。在焊接前若不去除涂层的话，在高温下涂层会融化并进入到熔池中，分布在熔池中的不同位置；而且，在凝固过程中Al元素与Si元素会发生局部偏聚现象，在光学金相中呈现出浅灰色的组织形貌，该组织属于脆性相，使得焊缝在此处容易发生脆性断裂，造成焊接后板材的拉伸性能明显下降的不良后果，从而对部件的整体性能产生严重的不良影响，因此在Al-Si涂层高强钢板焊接前除掉双面焊接位置涂层就显得尤为重要。Al-Si涂层采用机械方法通常较难去除，如利用颗粒冲击强迫使涂层开裂，且容易对基材造成机械损伤；使用较强无机酸去除涂层易发生过腐蚀，减小基材截面，造成降低零件力学性能的不良后果，且溶液中的NH4+、Mo7O246-和Cr2O72-等有害离子处理不当会严重污染环境；使用有机磺酸、无机酸和其他氧化、还原试剂的复杂酸性混合液去除铝化物涂层，然后用加热的醋酸将腐蚀产物去除，但此法太过于复杂，且效率低下；目前采用激光去除涂层的方法需要上千瓦的激光功率，而且在清除涂层的过程中会发生严重的热效应，会对需要热成型处理基材的性能产生不可接受的严重的影响，且成本非常高。综上所述，如何在现有研究基础上，开发设计一种清理区间、位置及厚度可以精确控制且成本较低的对金属板涂层进行纳秒脉冲激光剥离的方法和系统，以满足现有技术对铝硅涂层的精确可控高效低成本的剥离要求，具有重要的理论和实际意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种对金属板涂层进行纳秒脉冲激光剥离的方法和系统。根据本专利技术一方面提供了一种对金属板涂层进行纳秒脉冲激光剥离的方法，将纳秒脉冲激光器发出的激光光束通过二维扫描振镜发射至待剥离的涂层表面，待剥离涂层通过纳秒脉冲激光烧蚀后产生爆炸性熔融反应，并在涂层表面产生的高速气流的带动下脱离金属板。在上述技术方案中，所述方法还包括，在纳秒脉冲激光烧蚀待剥离涂层后，调整纳秒脉冲激光的频率，将剥离涂层后产生的氧化物快速气化并脱离金属板。进一步地，在上述技术方案中，所述纳秒脉冲激光为红外光、可见光或紫外光，所述纳秒脉冲激光烧蚀涂层的脉冲宽度、重复频率和平均功率分别为30-400ns、2-50KHz和180-200W。进一步地，在上述技术方案中，所述纳秒脉冲激光气化氧化物的脉冲宽度、重复频率和平均功率分别为30-400ns、2-50KHz和2-15W。再进一步地，在上述技术方案中，所述激光光束在金属板上的运动为二维扫描振镜的扫描与金属板的直线移动的叠加。更进一步地，在上述技术方案中，所述二维扫描振镜为螺旋线扫描。具体地，在上述技术方案中，所述二维扫描振镜扫描速度为900-1200mm/s，扫描宽度为3-6mm。具体地，在上述技术方案中，所述金属板直线移动的速度为2-5mm/s。在上述技术方案中，所述激光光束发射至所述待剥离的涂层表面上形成的光斑直径不大于200μm。在上述技术方案中，所述金属板为高强钢板，所述待剥离涂层为厚度为15-35μm的铝硅涂层。根据本专利技术另一方面提供了一种对金属板涂层进行纳秒脉冲激光剥离的系统，包括依次设置的纳秒激光器、传能光纤、准直头和二维扫描振镜，所述纳秒激光器发出的激光光束依次经过传能光纤、准直头和二维扫描振镜发射至待剥离的金属板涂层表面。本专利技术的优点：(1)本专利技术所提供的纳秒脉冲激光剥离金属板涂层的方法，相对于传统的机械剥离和化学剥离的方法而言，更加环保、过程可控、精度和效率更高，且剥离过程所采用的激光的平均功率为180-200W，与现有技术中所采用的千瓦级的激光剥离的方法相比，其成本大大降低；(2)本专利技术所提供的纳秒脉冲激光剥离金属板涂层的方法，通过将二维扫描振镜控制为螺旋线扫描，同时配合金属板的直线移动，在保证剥离效果的前提下，能有效提高涂层的剥离效率，同时可避免斑马纹的产生；(3)本专利技术所提供的纳秒脉冲激光剥离金属板涂层的系统设计科学巧妙，结构合理，具有广泛的实用性，应用前景广阔。附图说明图1为本专利技术实施例中对金属板涂层进行纳秒脉冲激光剥离的方法示意图；图2为本专利技术实施例中对金属板涂层进行纳秒脉冲激光剥离的二维扫描振镜的螺旋线扫描示意图；图3为本专利技术实施例1中铝硅涂层被剥离后留有氧化层的高强钢钢板的表面照片；图4为本专利技术实施例1中铝硅涂层被剥离后且氧化层被气化后的高强钢钢板的表面照片；图中：1、纳秒脉冲激光器，2、传能光纤，3、准直头，4、激光光束，5、二维扫描振镜，6、金属板工件。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的保护范围，本专利技术的保护范围以权利要求书为准。若未特别指明，本专利技术实施例中所用的实验试剂和材料等均可市售获得。若未具体指明，本专利技术实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。实施例1本专利技术实施例提供了一种对金属板涂层进行纳秒脉冲激光剥离的方法，具体如图1所示，将纳秒脉冲激光器1发出的激光光束4依次经过传能光纤2、准直头3通过二维扫描振镜5发射至待剥离的涂层表面，待剥离涂层通过纳秒脉冲激光烧蚀后产生爆炸性熔融反应，并在涂层表面产生的高速气流的带动下脱离金属板。同时，为了去除剥离涂层后产生的氧化物，在纳秒脉冲激光烧蚀待剥离涂层后，调整纳秒脉冲激光的频率，将剥离涂层后产生的氧化物快速气化并脱离金属板。具体地，上述激光光束在金属板上的运动为二维扫描振镜的扫描与金属板的直线移动的叠加。详细地，如图2所示，上述二维扫描振镜为螺旋线扫描，且上述二维扫描振镜扫描速度为1000mm/s，扫描宽度为4mm。详细地，上述金属板的移动速度为3.5mm/s。在本实施例中，金属板工件6具体为表面涂覆有20-30μm铝硅涂层的高强钢钢板，在烧蚀金属板工件6表面的铝硅涂层时，所采用脉冲激光的脉冲宽度为60ns，重复频率为30KHz，平均功率为200W，剥离后的高强钢钢板的表面如图3所示，从图中可以看出，铝硅涂层被剥离后其表面还留有氧化层；在气化剥离涂层后产生的氧化物时，所采用脉冲激光的脉冲宽度为60ns，重复频率为30KHz，平均功率为10W，气化氧化层后的高强钢钢板的表面如图4所示。详细地，上述激光光束发射至所述待剥离的涂层表面上形成的光斑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对金属板涂层进行纳秒脉冲激光剥离的方法，其特征在于，将纳秒脉冲激光器发出的激光光束通过二维扫描振镜发射至待剥离的涂层表面，待剥离涂层通过纳秒脉冲激光烧蚀后产生爆炸性熔融反应，并在涂层表面产生的高速气流的带动下脱离金属板。

【技术特征摘要】
1.一种对金属板涂层进行纳秒脉冲激光剥离的方法，其特征在于，将纳秒脉冲激光器发出的激光光束通过二维扫描振镜发射至待剥离的涂层表面，待剥离涂层通过纳秒脉冲激光烧蚀后产生爆炸性熔融反应，并在涂层表面产生的高速气流的带动下脱离金属板。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，在纳秒脉冲激光烧蚀待剥离涂层后，调整纳秒脉冲激光的频率，将剥离涂层后产生的氧化物快速气化并脱离金属板。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光为红外光、可见光或紫外光，所述纳秒脉冲激光烧蚀涂层的脉冲宽度、重复频率和平均功率分别为30-400ns、2-50KHz和180-200W。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述纳秒脉冲激光气化氧化物的脉冲宽度、重复频率和平均功率分别为30-400ns、2-50KHz和2-15W。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦文斌，魏亚飞，吴世凯，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11