在激光清洗領(lǐng)域，光纖激光器以更高的可靠性、穩(wěn)定性以及靈活性，已經(jīng)成為激光清洗光源的最佳選擇。作為光纖激光器的兩大組成部分，連續(xù)光纖激光器和脈沖光纖激光器分別占據(jù)著宏觀材料加工和精密材料加工的市場領(lǐng)先位置。

對于新興的激光清洗應(yīng)用，是應(yīng)該用連續(xù)激光還是脈沖激光出現(xiàn)了不同的聲音，市場上也出現(xiàn)了使用脈沖和連續(xù)激光器的兩類激光清洗設(shè)備。很多工業(yè)終端用戶在選擇的時(shí)候不知道應(yīng)該如何選擇。杰普特激光就連續(xù)和脈沖激光器的激光清洗應(yīng)用進(jìn)行了對比測試，并分析了各自的特點(diǎn)和適用的應(yīng)用場景，希望為工業(yè)用戶在選擇相應(yīng)的激光清洗技術(shù)的時(shí)候提供有益的參考。

試驗(yàn)材料

激光型號為YDFLP-CL-200-12-A為脈沖激光器，CW-RB-W-2000為連續(xù)激光器。兩款激光器詳細(xì)參數(shù)對比如表1所示。實(shí)驗(yàn)所用的樣件一為鋁合金平板，鋁合金平板的尺寸長寬高為400mm×400mm×4mm。樣件二為碳鋼平板，碳鋼的尺寸長寬高為400mm×400mm×10mm。樣品表面噴涂白色油漆，樣件一表面上油漆厚度約20μm，樣件二表面油漆厚度約40μm。

采用兩種激光器對兩種材料表面進(jìn)行除漆實(shí)驗(yàn)，對激光清洗參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得最佳的脈寬、頻率、掃描速度等參數(shù)，并對優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下的清洗效果和效率進(jìn)行對比。

脈沖激光清洗漆層實(shí)驗(yàn)

在脈沖光除漆實(shí)驗(yàn)中激光器的功率為200W，使用的場鏡焦距為163mm，激光聚焦光斑直徑約為0.32mm。清洗單塊區(qū)域范圍為13mm×13mm，填充間距為0.16mm，鋁合金表面除漆時(shí)激光重復(fù)掃描清洗2次，碳鋼表面除漆時(shí)激光重復(fù)掃描清洗4次。

                                                                           表 1：脈沖激光器與連續(xù)激光器參數(shù)對比

在保證光斑縱向與橫向疊加率都為50%條件下，試驗(yàn)激光脈寬、頻率及激光掃描速度的參數(shù)（如表2所示）對清洗效果的影響，鋁合金表面除漆實(shí)驗(yàn)效果如圖1所示，碳鋼表面除漆實(shí)驗(yàn)效果如圖2所示。

                                                                  表 2：脈沖激光清洗鋁合金及碳鋼表面漆層實(shí)驗(yàn)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相同頻率下短脈寬比長脈寬更容易將鋁合金和碳鋼表面漆層去除干凈，在相同脈寬下，頻率越低越容易對基體造成損傷，當(dāng)頻率大于某個(gè)值時(shí)，頻率越高漆層去除效果就越差。脈沖激光清洗鋁合金表面漆層的優(yōu)選參數(shù)為15#（激光功率200W，脈寬100ns，頻率60kHz，掃描速度9600mm/s），清洗碳鋼表面漆層的優(yōu)選參數(shù)為13#（激光功率200W，脈寬100ns，頻率40kHz，掃描速度6400mm/s），這兩者參數(shù)都將漆層去除干凈，而且對樣件基體基本無損。

圖 1：不同激光參數(shù)下脈沖激光清洗鋁合金表面漆層對比圖

連續(xù)激光清洗漆層實(shí)驗(yàn)

在連續(xù)光除漆的實(shí)驗(yàn)中，使用激光器的功率為50%，占空比為20%（等效于平均功率200W），頻率為30kHz。使用的場鏡焦距為220mm，激光聚焦光斑直徑約為0.2mm。清洗單塊區(qū)域范圍為13mm×13mm，填充間距0.1mm，清洗鋁合金表面漆層時(shí)激光重復(fù)掃描2次，清洗碳鋼表面漆層時(shí)激光重復(fù)掃描4次。在激光的功率、占空比和頻率不變條件下，試驗(yàn)激光掃描速度對清洗效果的影響。

圖 2：不同激光參數(shù)下脈沖激光清洗碳鋼表面漆層對比圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相同激光功率和頻率下掃描速度越低，對基體造成損傷越大。當(dāng)掃描速度大于某個(gè)值時(shí)，掃描速度越快，漆層去除效果越差。連續(xù)激光清洗鋁合金表面漆層優(yōu)選參數(shù)為21#（激光功率200W，頻率30kHz，掃描速度2000mm/s），清洗碳鋼表面漆層優(yōu)選參數(shù)為37#（激光功率200W，頻率30kHz，掃描速度3400mm/s）。這兩個(gè)參數(shù)不但將碳鋼表面漆層去除干凈，而且對樣件基體造成的損傷也相對小些。

優(yōu)選參數(shù)結(jié)果與分析

1.宏觀清洗狀況對比

脈沖光清洗鋁合金表面漆層的優(yōu)選參數(shù)的結(jié)果如圖3a所示，連續(xù)光清洗鋁合金表面漆層的優(yōu)選參數(shù)結(jié)果如圖3b所示。使用脈沖光清洗后，樣件表面的漆層被完全去除，樣件的表面呈現(xiàn)出金屬白色，并且對樣件基材的幾乎無損傷。使用連續(xù)光清洗后，樣件表面的漆層也完全被去除，但是樣件表面呈現(xiàn)出灰黑色，樣件的基材也出現(xiàn)了微熔現(xiàn)象。因此使用連續(xù)光對比脈沖光來說，更容易對基材造成損傷。

圖 3（1）：脈沖光與連續(xù)光除漆宏觀效果對比：左為（3a），右為（3b）

圖 3（2）：脈沖光與連續(xù)光除漆宏觀效果對比：左為（3c），右為（3d）

脈沖光清洗碳鋼表面漆層的優(yōu)選參數(shù)的結(jié)果如圖3c所示，連續(xù)光清洗碳鋼表面漆層的優(yōu)選參數(shù)結(jié)果如圖3d所示。使用脈沖光清洗后，樣件表面的漆層被完全去除，樣件的表面呈現(xiàn)出灰黑色，并且對樣件基材的損傷較小。使用連續(xù)光清洗后，樣件表面的漆層也完全被去除，但是樣件表面呈現(xiàn)出深黑色，可直觀看出樣件表面出現(xiàn)較大的重熔現(xiàn)象。因此使用連續(xù)光對比脈沖光來說，更容易對基材造成損傷。

2.顯微鏡微觀形貌對比

從圖4（a）可以看出使用脈沖光清洗鋁合金表面漆層后，樣件表面的油漆已被完全去除，并且樣件表面損傷小無激光紋路。而使用連續(xù)光清洗樣件表，如圖4（b）所示油漆也被完全去除，但是樣件表面出現(xiàn)較嚴(yán)重的重熔現(xiàn)象，還出現(xiàn)激光紋路。

圖 4（1）：脈沖光與連續(xù)光除漆后樣件表面微觀形貌對比圖，左 圖為（4a），右圖為（4b）

圖 4（2）：脈沖光與連續(xù)光除漆后樣件表面微觀形貌對比圖，左 圖為（4c），右圖為（4d）

從圖4（c）可以看出使用脈沖光清洗碳鋼表面漆層后，樣件表面的油漆已被完全去除，并且樣件表面損傷小清洗后表面較為平整。而使用連續(xù)光清洗樣件表面如圖4（d）所示油漆也被完全去除，但是樣件表面出現(xiàn)較嚴(yán)重的重熔現(xiàn)象，并且樣件表面凹凸不平。

結(jié)論

試驗(yàn)表明，連續(xù)激光器和脈沖激光器都可以將材料表面的油漆去除，達(dá)到清洗的效果。在功率相同的條件下，脈沖激光器清洗的效率遠(yuǎn)高于連續(xù)激光器，同時(shí)，脈沖激光器可以更好地控制熱量輸入，防止基材溫度過高或產(chǎn)生微熔。

連續(xù)激光器價(jià)格具有優(yōu)勢，可以通過使用高功率激光器來彌補(bǔ)效率上與脈沖激光器的差距，但高功率連續(xù)光的熱輸入更大，對基材的損傷程度也會(huì)增加。因此，兩者在應(yīng)用場景上有著根本性的差別。精密度高，需要嚴(yán)格控制基材升溫，要求基材無損的應(yīng)用場景，比如模具，推薦選擇脈沖激光器。對于一些大型鋼結(jié)構(gòu)、管道等，由于體積大散熱快，對基材損傷要求不高，則可以選擇連續(xù)激光器。