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我国激光清洗在军工领域中的应用

我国激光清洗的研究起步相对较晚,早期也只有部分高校(如西安交通大学、大连理工大学和南开大学等)开展研究。2005年华中科技大学和中科院的相关学者就军用装备表面清洗做了研究,利用TEA CO2激光器对飞机表面进行脱漆。2007年南开大学的宋峰等开展调Q短脉冲激光除漆的理论研究。2008年青岛科技大学的周桂莲等开展了激光对模具表面清洗的温度场研究。南京理工大学的张平等利用激光等离子体冲击波对硅片表面进行了清洗。

还有2017年陆军装甲兵学院的学者们率先研制出国内首台“新型500W高重频高能量激光清洗工程化设备”,打破了我国大功率激光清洗设备依赖进口的局面。我国学者王曼曼等研究了激光清洗与传统清洗方式的差异性,自主研发了手持式激光清洗系统,并应用Ezcad软件,结果发现,手持式激光清洗系统使用更便捷,不受工作环境的限制,对于一些比较大型的工件进行除锈会比台式的更加方便,应用领域更广阔。

激光清洗在工业生产中作为加工的第1道工序,不仅可以有效除锈、除污,还可以使基体表面发生化学反应,生成一层保护层防止基体重新生锈,提高其抗蚀能力。目前,激光清洗技术已应用到军工、工业生产、微电子、文物保护和医疗等各个领域。

在军工领域中,最早美国科学家提出利用激光对军用飞机进行脱漆,并作了相关研究,但由于当时激光器设备昂贵且大而笨重,故只停留在实验室研究阶段,此后随着激光设备的进步与完善,为激光清洗提供了便利。

我国罗红心等利用连续CO2激光器对飞机蒙皮模拟试样进行脱漆,激光功率为30W/mm2以400mm/min的扫描速度可一次将蒙皮旧漆除掉,且对基体无损伤。郑光等在前人的基础上对TEA CO2激光飞机蒙皮脱漆后进行一系列性能测试,结果表明,脱漆后的飞机蒙皮抗拉强度、疲劳强度以及维氏硬度等与基体相比均无变化,耐蚀性能有所上升;在不引起靶面气体击穿的前提下,激光的能量密度越高,脉宽越窄,越有利于脱漆。目前,厚度为1mm、面积为36m2的旧漆层利用激光清洗可在1h内完全脱掉,在48h内可完成1架波音 737飞机的蒙皮脱漆。以上足以说明,激光清洗技术在飞机蒙皮脱漆处理上的应用具有里程碑式意义。

在其他军用装备上激光清洗也发挥了巨大的作用。侯素霞等利用CO2激光器清洗军用装备表面霉菌,根据激光照射过程中使菌体燃烧或微量爆炸而气化分解的原理,研制出了军用小型激光清洗设备,有效地防止了霉菌对武器装备的腐蚀和氧化,消除了菌丝形成的生物电桥对设备电路的影响,大大减少了武器装备清洗的人力、物力。宋桂飞等针对弹药修理面临的除锈除漆技术难题,利用20W光纤激光器对弹药开展了除锈除漆试验,结果表明, 激光辐照扫描的部位锈蚀、残余油漆均被清除,并露出基体材料的金属光泽,且基体组织均匀、无损伤; 材料的表面温度几乎没有变化,表明激光用于危爆装置表面处理,不会因热效应而发生燃爆,只需要处理好激光特征参数与表面处理质量、作业效率的关系。 在军用装备的维护与制造中激光清洗可提升装备维修的效率,减少武器弹药表面的氧化,为军用装备、军队战斗力提供有力保障。

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