GB/T 41735-2022 绿色制造 激光表面清洗技术规范（正式版）

ICSCCS25.220J39绿色制造激光表面清洗技术规范国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T41735—2022 Ⅲ 1 1 1 2 2 3 3 4附录A(资料性)激光表面清洗推荐工艺参数 7参考文献 9Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国绿色制造标准化技术委员会(SAC/TC337)提出并归口。本文件起草单位：中国航空综合技术研究所、武汉翔明激光科技有限公司、中机生产力促进中心有集团股份有限公司、中车青岛四方机车车辆股份有限公司、中国电力科学研究院有限公司武汉分院、中车南京浦镇车辆有限公司、中国人民解放军第五七O二工厂、成都飞机工业(集团)有限责任公司、河北京津冀再制造产业技术研究有限公司、上海飞机制造有限公司、哈尔滨工业大学、中国航发北京航空材料研究院、中国人民解放军陆军装甲兵学院、中国航空制造技术研究院、北京卫星制造厂有限公司、中机研标准技术研究院(北京)有限公司、沈阳飞机工业(集团)有限公司、中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院、浙江金洲激光科技有限公司、长沙航空职业技术学院、中国人民解放军第五七二O工厂、深圳市杰普特光电股份有限公司、上海船舶工艺研究所、济南森峰激光科技股份有限公司。1GB/T41735—2022绿色制造激光表面清洗技术规范本文件适用于工件表面金属氧化物、镀覆层、涂层及其他特定污染物的激光清洗，包括焊前、装配去除。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T232金属材料弯曲试验方法GB/T1031产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法表面粗糙度参数及其数值GB2894安全标志及其使用导则GB/T3138金属及其他无机覆盖层表面处理术语GB/T3354定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法GB/T3356定向纤维增强聚合物基复合材料弯曲性能试验方法GB/T4340.1金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法GB/T5226.1机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件GB/T5270金属基体上的金属覆盖层电沉积和化学沉积层附着强度试验方法评述GB7247.1—2012激光产品的安全第1部分：设备分类、要求GB/T7247.14激光产品的安全第14部分：用户指南GB/T15313激光术语GB/T18490.1机械安全激光加工机第1部分：通用安全要求GB/T18490.2机械安全激光加工机第2部分：手持式激光加工机安全要求GB/T18683钢铁件激光表面淬火GB/T28786真空技术真空镀膜层结合强度测量方法胶带粘贴法GB/T30707精细陶瓷涂层结合力试验方法划痕法GB/T33049偏光片用光学薄膜涂层附着力的测定方法GB/T3138、GB/T18683、GB/T15313界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1激光表面清洗lasersurfacecleaning利用激光束去除工件表面污染物及不需要的材料的过程。2GB/T41735—20223.2经过激光清洗后，去除物(如金属氧化物及镀覆层、涂层、污染物等)在工件表面所残留的程度。3.3清洗速度cleaningspeed激光清洗过程中，单位时间内扫描执行机构相对于工件移动的距离。3.4脉冲宽度pulsewidth激光脉冲上升和下降至其50%峰值功率点之间的间隔时间。[来源：GB/T15313—2008,2.1.74,有修改]3.5单激光束辐照在工件表面上的实际作业直径。激光能量密度laserenergydensity激光束作用于工件表面单位面积上的激光能量。4清洗分类激光清洗按去除物类型可分为三类：5总体要求5.1操作人员从事激光清洗的操作人员应经过相关工艺、设备使用操作及安全培训，考核合格后方可上岗。5.2作业环境5.2.1激光清洗作业环境应保持清洁和通风，环境温度宜在5℃~30℃范围内，相对湿度不宜大于75%。5.2.2激光清洗的场地应按照GB2894的规定设有明显的安全标志，并设置栅栏、隔墙、屏风等，防止与工作无关人员误入危险区。5.2.3激光清洗现场不应有易燃易爆物品。不应在有禁止明火要求的特定环境进行激光清洗。5.3工作电压电源电压应采用AC220V、50Hz或AC380V、50Hz,并应保持稳定。5.4清洗设备5.4.2激光清洗设备应保证清洗后表面的均匀性，不应出现边缘烧蚀和台阶。5.4.3激光清洗设备的光路系统应全部封闭或采取保护措施(如使激光在金属管中传递),避免直接照3GB/T41735—2022射人体造成伤害。5.4.4激光清洗设备的工作台宜采用激光防护玻璃等防护装置屏蔽，以防止激光的反射。5.4.5激光清洗设备辐射安全应符合GB7247.1—2012第4章的要求，并应按照GB7247.1—2012第5章的要求对激光辐射安全进行标记。5.4.6其他安全防护应按照GB/T5226.1、GB/T7247.14、GB2894、GB/T18490.1、GB/T18490.2的规定执行。6工艺准备6.1工艺准备内容工艺准备可包括工艺方案制定、工艺规程编制、工艺试验验证和工艺评定。6.2工艺方案制定工艺方案制定时，应根据被清洗工件材料特性、形状、尺寸、表面质量、批量、重要程度和用户要求等，同时结合激光清洗涉及的安全、工业卫生、作业条件、环境保护等要求制定。6.3工艺规程编制6.3.1依据工艺方案及相关技术文件编制相应清洗工艺规程，明确需要保留的基材和需要清除的污物或涂层，根据设备条件以及激光光束性质等具体条件确定工艺参数。6.3.2为达到最高效率和最小损伤，选择和优化激光平均功率、清洗速度、脉冲重复频率、作业光斑直径、脉冲宽度等关键工艺参数，常见清洗工艺参数可参考附录A进行选取。6.3.3可通过初步清洗试验，确定激光能量密度阈值范围。激光能量密度可参考公式(1)计算：………………(1)式中：E——激光能量密度，单位为焦耳每平方厘米(J/cm²);S——光斑面积，单位为平方厘米(cm²);F——脉冲重复频率，单位为赫兹(Hz)。6.3.4初步清洗试验时应逐渐增加激光能量密度，根据去除量和表面残余状态测试出清洗阈值和损伤阈值，测试时以待去除层开始减少的数值作为激光能量密度下限，当去除层全部去掉时，以基体材料开始减少的数值作为激光能量密度上限，以在该范围内可有效去除待去除层且基体材料没有可见损伤，作为有效清洗范围。当激光能量密度超出损伤阈值时，不再继续测试。激光清洗的能量密度宜在低于损伤阈值30%有效清洗能量密度区间处，即损伤阈值减去有效清洗能量密度区间范围(损伤阈值与清洗阈值之差)的30%,以保护基材不受损伤。6.3.5取与工件同种材料同种状态的试验件，进行工艺参数验证，并检查清洗质量是否满足要求。7清洗程序7.1清洗准备实施清洗作业前，操作人员应检查作业环境，确保激光传输光路上无人员、设备及与作业不相关的物品，戴好激光防护眼镜，按操作规程启动清洗设备，并调整红光标识激光清洗位置。4GB/T41735—20227.2清洗过程7.2.2清洗时应遵循由近端到远端或从工件上端到下端逐步清洗的原则。区域进行单独清洗。激光清洗过程中宜采用惰性气体进行保护。7.2.7对清洗产生的烟尘和废气应采用侧吹气流或者吸尘等方式进行排除或收集。7.3.1清洗检验合格的工件应根据不同材料和表面状态进行防护处理。8质量控制8.2工艺评定a)新工艺首次采用时；b)重大生产设备有变更或大修后；d)用户有要求时。8.2.1.2工艺评定项目及要求应按照表1执行。如用户有特殊要求时，可将可选项目作为必选项目。检验项目适用类型要求及检验方法外观(必选)I类、Ⅱ类、Ⅲ类表面粗糙度(必选)I类、Ⅱ类、Ⅲ类涂层结合力(必选)I类、Ⅱ类显微组织(可选)I类、Ⅱ类5GB/T41735—2022表1工艺评定项目及要求(续)检验项目适用类型要求及检验方法硬度(可选)I类、Ⅱ类8.3.6拉伸强度(可选)I类、Ⅱ类8.3.7弯曲性能(可选)I类、Ⅱ类8.3.8a)清洗车间的名称和地址；b)工艺操作过程；d)详细的工艺参数；e)加工日期和测试日期；h)任何可能影响测试结果或者误差的因素。用肉眼或放大镜观察，激光清洗后的工件表面不应有明显污物或残余去除物，不应有新出现的裂按GB/T1031的规定评定激光清洗工件的表面粗糙度。当激光清洗为涂装前道工序时，清洗后的表面粗糙度检测应根据后道工序的工艺要求进行。当激光清洗为工件最后工序时，激光清洗后表面粗糙度等级变化不应超过一个等级。可使用探针类轮廓测量仪或三维光学轮廓测量仪测定表面粗糙度。行激光清洗后重新制备涂层的结合力检测，激光清洗后的基体表面与重新制备的涂层结合力不应低于a)喷涂层去除检测宜按GB/T8642的规定，采用拉伸试验方法测试结合强度。c)气相沉积层去除和其他薄膜类层去除的结合强度检测，应按照GB/T28786和GB/T330496GB/T41735—2022通过不低于500倍的光学显微镜或扫描电子显微镜观察激光清洗基体剖面，不宜出现微米级以上激光清洗后硬度应满足用户要求，试样、表面硬度测量仪器及试验步骤应符合GB/T4340.1的要求。对于无法移动、取样或无法夹持放置的样品，可按GB/T17394.1的规定进行测量，进行硬度值换激光清洗后拉伸强度不宜低于工件的相关材料标准规定值，金属基体材料拉伸强度试验应按照GB/T228.1的规定进行，树脂基复合材料基体材料拉伸强度试验应按照GB/T3354的规定进行。激光清洗后弯曲性能不宜低于工件的相关材料标准规定值，金属基体材料弯曲性能试验应按照GB/T232的规定进行，试验后用20倍的放大镜对弯曲部位进行检查。树脂基复合材料基体材料弯曲性能试验应按照GB/T3356的规定进行。7GB/T41735—2022(资料性)激光表面清洗推荐工艺参数表A.1～表A.3给出了常用激光清洗推荐的工艺参数。表A.1I类金属氧化物及镀覆层的激光清洗主要工艺参数序号去除物激光波长类型激光平均功率W脉冲重复频率清洗速度m/min作业光斑直径1铝合金表面的自然氧化膜脉冲0.6～1.540～1202钛合金表面的自然氧化膜脉冲40～7080～1400.6～1.590～1503铝合金表面的人工阳极氧化膜脉冲0.9～1.84铝合金MIG焊后氧化物脉冲5钛合金表面的自然氧化膜脉冲250～550注：序号1、2、3、4组工艺参数在100W脉冲光纤激光器条件下获得，该100W为20ns～500ns;序号为5的组，工艺参数在1000W脉冲光纤激光器条件下获得，该1000W脉冲激光器的脉冲宽度为固定脉冲宽度100ns。表A.2Ⅱ类涂层去除的激光清洗主要工艺参数序号去除物激光波长类型激光平均功率W脉冲重复频率kHz清洗速度m/min作业光斑直径1碳钢表面液态防锈油脉冲70～10070～1450.6～1.590～2002铝合金表面油漆(厚度50μm)脉冲90～10070～1000.3～1.270～2003碳钢表面镀锌层(厚度10μm)脉冲70～10070～2003.0～6.090～2004铝合金表面油漆(厚度40μm～60pm)脉冲300～6000.36～0.54注：序号1、2、3组工艺参数在100W脉冲光纤激光器条件下获得，该100W脉冲激光器的脉冲宽度调节范围为20ns～500ns;序号为4的组，工艺参数在1000W脉冲光纤激光器条件下获得，该1000W脉冲激光器的脉冲宽度为固定脉冲宽度100ns。8表A.3Ⅲ类特定污染物、劣化材料表层或残留物的激光清洗主要工艺参数序号基材去除层厚度激光波长类型激光平均功率W脉冲重复频率清洗速度m/min作业光斑直径1氧化铝陶瓷