一种用于铝构件表层阳极氧化膜的激光去除方法与流程

本发明属于激光加工技术领域，特别涉及一种铝构件表层阳极氧化膜的激光去除方法。

背景技术：

对于在航天航空领域应用的一些铝合金大型构件来说，考虑到防护要求，所用材料均为阳极氧化铝，其表层存在约20μm～50μm厚度的氧化膜。如不在焊前对氧化膜进行有效去除，在后续的焊接过程中，会产生气孔、夹杂等缺陷，给焊缝力学性能带来不利影响。因此，一般采用气动砂轮与手工刮削的方式在焊接前对表层氧化膜进行去除。这种方式生产效率低，且对氧化膜的去除不均匀、表面质量差，还会导致未去除干净的氧化膜残留在金属内，对后续焊缝质量带来严重影响。

作为激光加工技术的一个分支，短脉冲激光加工在近几年被广泛关注。所用的激光脉冲的宽度在飞秒(fs)到纳秒(ns)之间。由于脉冲的作用持续时间短，加工区域热扩散影响小，可以有效改善加工效果，其表面形成的微结构的质量比用长脉冲加工高得多。超短脉冲激光(纳秒量级)，同时结合振镜对阳极氧化铝合金表面进行处理，超短脉冲激光可与材料产生光、热、冲击波等效应，能在瞬时短时产生超高光强，使表层氧化膜破裂、汽化，且超脉冲激光具有精确且低的损伤阈值，可有效避免母材熔化。而且，由于激光加工是无接触的加工方式，对工件不产生冲击，不会产生机械变形。

综上，传统的气动砂轮与手工刮削方法难以满足铝合金构件表面阳极氧化膜的高效、高可靠性、高质量去除需求，为此，采用脉冲激光去除方式，该方式属于无接触加工方式，对工件不产生冲击，不会产生机械变形。与传统的气动砂轮及手工刮削相比，操作简单，可达性好，生产效率高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种铝合金构件表层阳极氧化膜的激光去除方法，能够解决现有气动砂轮与手工刮削方式生产效率低、氧化膜去除不均匀、表面质量差，氧化膜残留等问题，为铝合金构件表层阳极氧化膜的高效、高可靠性、高质量去除提供一种可行的方案。

为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：一种铝构件表层阳极氧化膜的激光去除方法包括以下步骤：

s1、对表面有阳极氧化层的铝合金构件采用激光进行处理，从而去除铝合金构件表面的阳极氧化膜；

s2、通过振镜对激光光束进行反射和定位，使其以高速传输到工件表面，在铝合金构件的表面需去除阳极氧化层的区域进行扫描，可实现复杂曲面及大面积区域氧化膜的去除。

进一步，采用短脉冲激光作用于铝合金表面的阳极氧化膜，使氧化膜破裂、蒸发烧损从而去除。

进一步，所述步骤s1中，金属表面阳极氧化膜激光去除后残留在构件表面的氧化膜厚度≦5μm。

进一步，所述步骤s1中，在激光去除阳极氧化膜过程中，可以通过调节脉冲激光参数，灵活调整氧化膜去除厚度，同时不造成对铝合金基体的热损伤。

进一步，所述脉冲激光参数包括脉宽、频率、脉冲能量、扫描次数。

进一步，所述步骤s2中，通过对振镜扫描速度、激光头运动速度的调控实现复杂曲面及大面积区域氧化膜的高效去除。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、相比气动砂轮与手工刮削手段，短脉冲激光去除阳极氧化膜可靠性高、表面质量好、均匀性好；

2、可根据实际需求，通过调节脉冲激光参数灵活调控氧化膜去除厚度，增大工艺可控性；

3、采用振镜对激光光束进行反射和定位，相比气动砂轮与手工刮削手段的空间可达性好，更适用于复杂曲面构件；

4、由于激光加工的非接触特性，对工件不产生冲击，不会产生机械变形。与传统的气动砂轮及手工刮削相比，操作简单，生产效率高，有利于大规模工业应用。

附图说明

图1是本发明实施例的铝合金构件待焊接头(对接、搭接)示意图；

图2是本发明实施例的对铝合金表层阳极氧化膜的激光去除过程示意图；

图3是本发明实施例的通过对振镜扫描速度、激光头运动速度的调控实现复杂曲面及大面积区域氧化膜高效去除过程的示意图；

图4是本发明实施例的对阳极氧化铝构件采用激光去除氧化膜后横截面金相照片；

图5是本发明实施例的阳极氧化铝构件未进行激光处理直接施焊以及采用激光去除氧化膜后得到的焊缝。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：如图1所示，本发明实施例的铝合金构件由于防护要求，构件作阳极氧化处理，使待焊接头(对接、搭接)中对接及搭接面均存在阳极氧化膜，厚度为20～50μm(厚度随构件不同部位不同防护要求所对应的阳极化工艺的不同而变化)，本发明提供一种构件表层阳极氧化膜的激光去除方法，包括如下步骤：

s1、对表面有阳极氧化层2的铝合金构件1采用短脉冲激光3进行处理，短脉冲激光可与材料产生光、热、冲击波等效应5，能在瞬时短时产生超高光强，使表层氧化膜破裂、蒸发烧蚀，从而去除铝合金构件表面的阳极氧化膜，同时需对脉冲激光参数进行合理调控，使之在去除氧化膜的同时，不使基体熔化产生重铸层。

s2、通过振镜4对激光光束进行反射和定位，使其以高速传输到工件表面，在铝合金构件1的表面需去除阳极氧化层的区域进行扫描，可实现复杂曲面及大面积区域氧化膜的去除。

对在上述条件下进行激光处理后的构件采用横截面金相观察的方法以考察氧化膜去除效果及母材的熔化情况，并对未进行激光处理及激光处理后的构件进行电弧焊以考察氧化膜的去除效果。

选用母材为ld10铝合金，采用纳秒短脉冲激光器，光斑尺寸为8mm，激光功率为300w～500w，脉宽为20～40ns，扫描速度在200mm/min～800mm/min范围内，脉冲频率为10khz，激光扫描次数2～10次(激光功率越高，扫描速度越低，需要的扫描次数越少)。优选的，需要根据要去除的氧化膜厚度，严格调控激光脉冲参数，以确保激光处理后所述金属表面氧化膜残余厚度≦5μm，母材重熔层在5μm以内。如图4所示，采用脉冲激光可有效去铝合金表面阳极氧化膜，处理前氧化膜厚度约为50μm，激光处理后氧化膜基本去除，残留厚度约为3μm，且母材表层未见熔化区。如图5所示，未进行激光处理的焊缝表面发黑且存在表面气孔、夹渣；而激光处理后的焊缝表面呈银白光泽，无明显缺陷，经焊缝x射线探伤评级为i级焊缝。

由上述实施例可知，本发明的方法操作简单，采用纳秒短脉冲激光去除阳极氧化铝构件表面的氧化膜，通过短脉冲激光产生的超高光强，使氧化膜破裂、蒸发烧蚀，从而实现促进氧化膜的去除，相比传统的刮削方法可提升氧化膜去除后构件的表面质量，并可提高氧化膜去除可靠性及效率。

本说明书中对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种用于铝合金构件表层阳极氧化膜的激光去除方法，用于解决铝合金构件表面阳极氧化膜给后续焊接带来的气孔、夹杂等缺陷问题。本发明的特征在于采用纳秒级的短脉冲激光，在优化的激光参数下，利用短脉冲激光与表层氧化膜的光、热、冲击波等效应，使表层氧化膜破裂、汽化，从而达到去除氧化膜的目的。超脉冲激光具有精确且低的损伤阈值，可有效避免母材熔化，同时，激光加工是无接触加工方式，对工件不产生冲击，不会产生机械变形。与传统的气动砂轮及手工刮削相比，采用这种方法操作简单，可达性好，生产效率高。

技术研发人员：张婧;封小松;高嘉爽;尹玉环;张聃;马子奇;宋学成;郭立杰
受保护的技术使用者：上海航天设备制造总厂
技术研发日：2017.05.05
技术公布日：2017.08.22