（高清版）GBT 41735-2022 綠色制造 激光表面清洗技術(shù)規(guī)范

CCSJ39綠色制造激光表面清洗技術(shù)規(guī)范2022-10-12發(fā)布2022-10-12實(shí)施I前言 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14清洗分類 25總體要求 26工藝準(zhǔn)備 37清洗程序 38質(zhì)量控制 4附錄A(資料性)激光表面清洗推薦工藝參數(shù) 7參考文獻(xiàn) 9Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國綠色制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC337)提出并歸口。本文件起草單位：中國航空綜合技術(shù)研究所、武漢翔明激光科技有限公司、中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心有限公司、華中科技大學(xué)、上海航天精密機(jī)械研究所、中國人民解放軍第五七二一工廠、中航西安飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司、中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司、中國電力科學(xué)研究院有限公司武漢分院、中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司、中國人民解放軍第五七〇二工廠、成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司、河北京津冀再制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究有限公司、上海飛機(jī)制造有限公司、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國航發(fā)北京航空材料研究院、中國人民解放軍陸軍裝甲兵學(xué)院、中國航空制造技術(shù)研究院、北京衛(wèi)星制造廠有限公司、中機(jī)研標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(北京)有限公司、沈陽飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司、中國人民解放軍軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院、浙江金洲激光科技有限公司、長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院、中國人民解放軍第五七二〇工廠、深圳市杰普特光電股份有限公司、上海船舶工藝研究所、濟(jì)南森峰激光科技股份有限公司。1綠色制造激光表面清洗技術(shù)規(guī)范本文件規(guī)定了激光表面清洗分類、總體要求、工藝準(zhǔn)備、清洗程序及質(zhì)量控制要求。本文件適用于工件表面金屬氧化物、鍍覆層、涂層及其他特定污染物的激光清洗，包括焊前、裝配前、涂層制備前的污染物清洗，焊后、加工后表面污染物去除以及功能性(保護(hù)、改性等)失效的表面材料去除。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T228.1金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法GB/T232金屬材料彎曲試驗(yàn)方法GB/T1031產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值GB2894安全標(biāo)志及其使用導(dǎo)則GB/T3138金屬及其他無機(jī)覆蓋層表面處理術(shù)語GB/T3354定向纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料拉伸性能試驗(yàn)方法GB/T3356定向纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料彎曲性能試驗(yàn)方法GB/T4340.1金屬材料維氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法GB/T5226.1機(jī)械電氣安全機(jī)械電氣設(shè)備第1部分：通用技術(shù)條件GB/T5270金屬基體上的金屬覆蓋層電沉積和化學(xué)沉積層附著強(qiáng)度試驗(yàn)方法評(píng)述GB7247.1—2012激光產(chǎn)品的安全第1部分：設(shè)備分類、要求GB/T7247.14激光產(chǎn)品的安全第14部分：用戶指南GB/T15313激光術(shù)語GB/T18490.1機(jī)械安全激光加工機(jī)第1部分：通用安全要求GB/T18490.2機(jī)械安全激光加工機(jī)第2部分：手持式激光加工機(jī)安全要求GB/T18683鋼鐵件激光表面淬火GB/T28786真空技術(shù)真空鍍膜層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)量方法膠帶粘貼法GB/T30707精細(xì)陶瓷涂層結(jié)合力試驗(yàn)方法劃痕法GB/T33049偏光片用光學(xué)薄膜涂層附著力的測(cè)定方法3術(shù)語和定義GB/T3138、GB/T18683、GB/T15313界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。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過程。2激光清洗過程中，單位時(shí)間內(nèi)掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)于工件移動(dòng)的距離。激光脈沖上升和下降至其50%峰值功率點(diǎn)之間的間隔時(shí)間。單激光束輻照在工件表面上的實(shí)際作業(yè)直徑。激光能量密度laserenergydensity激光束作用于工件表面單位面積上的激光能量。4清洗分類激光清洗按去除物類型可分為三類：5總體要求從事激光清洗的操作人員應(yīng)經(jīng)過相關(guān)工藝、設(shè)備使用操作及安全培訓(xùn)，考核合格后方可上崗。5.2.1激光清洗作業(yè)環(huán)境應(yīng)保持清潔和通風(fēng)，環(huán)境溫度宜在5℃~30℃范圍內(nèi)，相對(duì)濕度不宜大于75%。5.2.2激光清洗的場(chǎng)地應(yīng)按照GB2894的規(guī)定設(shè)有明顯的安全標(biāo)志，并設(shè)置柵欄、隔墻、屏風(fēng)等，防止與工作無關(guān)人員誤入危險(xiǎn)區(qū)。5.2.3激光清洗現(xiàn)場(chǎng)不應(yīng)有易燃易爆物品。不應(yīng)在有禁止明火要求的特定環(huán)境進(jìn)行激光清洗。電源電壓應(yīng)采用AC220V、50Hz或AC380V、50Hz,并應(yīng)保持穩(wěn)定。5.4.2激光清洗設(shè)備應(yīng)保證清洗后表面的均勻性，不應(yīng)出現(xiàn)邊緣燒蝕和臺(tái)階。5.4.3激光清洗設(shè)備的光路系統(tǒng)應(yīng)全部封閉或采取保護(hù)措施(如使激光在金屬管中傳遞),避免直接照3射人體造成傷害。5.4.4激光清洗設(shè)備的工作臺(tái)宜采用激光防護(hù)玻璃等防護(hù)裝置屏蔽，以防止激光的反射。5.4.5激光清洗設(shè)備輻射安全應(yīng)符合GB7247.1—2012第4章的要求，并應(yīng)按照GB7247.1—2012第5章的要求對(duì)激光輻射安全進(jìn)行標(biāo)記。5.4.6其他安全防護(hù)應(yīng)按照GB/T5226.1、GB/T7247.14、GB2894、GB/T18490.1、GB/T18490.2的規(guī)定執(zhí)行。6工藝準(zhǔn)備6.1工藝準(zhǔn)備內(nèi)容工藝準(zhǔn)備可包括工藝方案制定、工藝規(guī)程編制、工藝試驗(yàn)驗(yàn)證和工藝評(píng)定。6.2工藝方案制定工藝方案制定時(shí)，應(yīng)根據(jù)被清洗工件材料特性、形狀、尺寸、表面質(zhì)量、批量、重要程度和用戶要求等，同時(shí)結(jié)合激光清洗涉及的安全、工業(yè)衛(wèi)生、作業(yè)條件、環(huán)境保護(hù)等要求制定。6.3工藝規(guī)程編制6.3.1依據(jù)工藝方案及相關(guān)技術(shù)文件編制相應(yīng)清洗工藝規(guī)程，明確需要保留的基材和需要清除的污物或涂層，根據(jù)設(shè)備條件以及激光光束性質(zhì)等具體條件確定工藝參數(shù)。6.3.2為達(dá)到最高效率和最小損傷，選擇和優(yōu)化激光平均功率、清洗速度、脈沖重復(fù)頻率、作業(yè)光斑直徑、脈沖寬度等關(guān)鍵工藝參數(shù)，常見清洗工藝參數(shù)可參考附錄A進(jìn)行選取。6.3.3可通過初步清洗試驗(yàn)，確定激光能量密度閾值范圍。激光能量密度可參考公式(1)計(jì)算：E——激光能量密度，單位為焦耳每平方厘米(J/cm2);P——激光平均功率，單位為瓦特(W);S——光斑面積，單位為平方厘米(cm2);F——脈沖重復(fù)頻率，單位為赫茲(Hz)。6.3.4初步清洗試驗(yàn)時(shí)應(yīng)逐漸增加激光能量密度，根據(jù)去除量和表面殘余狀態(tài)測(cè)試出清洗閾值和損傷閾值，測(cè)試時(shí)以待去除層開始減少的數(shù)值作為激光能量密度下限，當(dāng)去除層全部去掉時(shí)，以基體材料開始減少的數(shù)值作為激光能量密度上限，以在該范圍內(nèi)可有效去除待去除層且基體材料沒有可見損傷，作為有效清洗范圍。當(dāng)激光能量密度超出損傷閾值時(shí)，不再繼續(xù)測(cè)試。激光清洗的能量密度宜在低于損傷閾值30%有效清洗能量密度區(qū)間處，即損傷閾值減去有效清洗能量密度區(qū)間范圍(損傷閾值與清洗閾值之差)的30%,以保護(hù)基材不受損傷。6.3.5取與工件同種材料同種狀態(tài)的試驗(yàn)件，進(jìn)行工藝參數(shù)驗(yàn)證，并檢查清洗質(zhì)量是否滿足要求。7清洗程序7.1清洗準(zhǔn)備實(shí)施清洗作業(yè)前，操作人員應(yīng)檢查作業(yè)環(huán)境，確保激光傳輸光路上無人員、設(shè)備及與作業(yè)不相關(guān)的物品，戴好激光防護(hù)眼鏡，按操作規(guī)程啟動(dòng)清洗設(shè)備，并調(diào)整紅光標(biāo)識(shí)激光清洗位置。47.2清洗過程7.2.1清洗過程應(yīng)依據(jù)工藝規(guī)程文件進(jìn)行，可根據(jù)工件自身特點(diǎn)，參考已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定工藝參數(shù)范圍，通過驗(yàn)證后確定清洗工藝參數(shù)。7.2.2清洗時(shí)應(yīng)遵循由近端到遠(yuǎn)端或從工件上端到下端逐步清洗的原則。7.2.3清洗薄壁工件和網(wǎng)狀工件時(shí)，應(yīng)控制清洗功率，宜采用低功率多次清洗，避免工件變形。7.2.4工件油污較厚時(shí)，可對(duì)油污進(jìn)行預(yù)處理，減少油污厚度，并調(diào)整清洗功率，避免產(chǎn)生明火。7.2.5清洗污物或涂層厚度不均勻的工件時(shí)，應(yīng)采用低功率多次清洗的原則清洗，或?qū)ξ畚?、涂層較厚區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)清洗。7.2.6對(duì)于易燃污物、涂層或易氧化材料的激光清洗，以及對(duì)清洗后的表面有特殊應(yīng)用要求的工件，在激光清洗過程中宜采用惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。7.2.7對(duì)清洗產(chǎn)生的煙塵和廢氣應(yīng)采用側(cè)吹氣流或者吸塵等方式進(jìn)行排除或收集。7.3工件防護(hù)7.3.1清洗檢驗(yàn)合格的工件應(yīng)根據(jù)不同材料和表面狀態(tài)進(jìn)行防護(hù)處理。7.3.2選擇防護(hù)介質(zhì)和防護(hù)方式時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的周轉(zhuǎn)、運(yùn)輸和貯存周期進(jìn)行選擇。7.3.3清洗過程中，應(yīng)對(duì)工件表面進(jìn)行保護(hù)，防止磕碰。7.3.4清洗后的工件，應(yīng)存放于干燥處。8質(zhì)量控制8.1基本要求工藝人員應(yīng)根據(jù)清洗工件的批量(如小批、中批或大批)、重要程度(如重要件、關(guān)鍵件或關(guān)鍵工序)或用戶特殊要求等對(duì)清洗質(zhì)量進(jìn)行有效控制，制定相應(yīng)質(zhì)量控制文件，明確檢驗(yàn)項(xiàng)目和檢驗(yàn)要求等。8.2工藝評(píng)定8.2.1評(píng)定條件及要求a)新工藝首次采用時(shí)；b)重大生產(chǎn)設(shè)備有變更或大修后；c)重大工藝條件改變時(shí)，包括基體材料、去除物等；d)用戶有要求時(shí)。8.2.1.2工藝評(píng)定項(xiàng)目及要求應(yīng)按照表1執(zhí)行。如用戶有特殊要求時(shí)，可將可選項(xiàng)目作為必選項(xiàng)目。表1工藝評(píng)定項(xiàng)目及要求檢驗(yàn)項(xiàng)目適用類型要求及檢驗(yàn)方法外觀(必選)I類、Ⅱ類、Ⅲ類8.3.2表面粗糙度(必選)I類、Ⅱ類、Ⅲ類8.3.3涂層結(jié)合力(必選)I類、Ⅱ類8.3.4顯微組織(可選)I類、Ⅱ類8.3.55表1工藝評(píng)定項(xiàng)目及要求(續(xù))檢驗(yàn)項(xiàng)目適用類型要求及檢驗(yàn)方法硬度(可選)I類、Ⅱ類拉伸強(qiáng)度(可選)I類、Ⅱ類彎曲性能(可選)I類、Ⅱ類工藝評(píng)定后，應(yīng)完成工藝評(píng)定報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容應(yīng)至少包含以下內(nèi)容：a)清洗車間的名稱和地址；b)工藝操作過程；d)詳細(xì)的工藝參數(shù)；e)加工日期和測(cè)試日期；f)使用的設(shè)備、測(cè)試方法、測(cè)試參數(shù)和測(cè)試條件等；g)測(cè)試結(jié)果的詳細(xì)報(bào)告，該報(bào)告應(yīng)列出所有的測(cè)試值，對(duì)于目視檢查，清洗車間應(yīng)提供清洗后試樣圖片；h)任何可能影響測(cè)試結(jié)果或者誤差的因素。8.3檢驗(yàn)方法應(yīng)根據(jù)工件的清洗要求，對(duì)激光清洗后的工件表面進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)。檢驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)包含外觀、表面粗糙度、涂層結(jié)合力等。檢驗(yàn)結(jié)果及檢驗(yàn)方法應(yīng)符合8.3.2～8.3.4的要求。用肉眼或放大鏡觀察，激光清洗后的工件表面不應(yīng)有明顯污物或殘余去除物，不應(yīng)有新出現(xiàn)的裂紋、傷痕和蝕坑等缺陷。當(dāng)用戶對(duì)工件有清潔度要求時(shí)，清潔度檢驗(yàn)按照用戶要求執(zhí)行。按GB/T1031的規(guī)定評(píng)定激光清洗工件的表面粗糙度。當(dāng)激光清洗為涂裝前道工序時(shí)，清洗后的表面粗糙度檢測(cè)應(yīng)根據(jù)后道工序的工藝要求進(jìn)行。當(dāng)激光清洗為工件最后工序時(shí)，激光清洗后表面粗糙度等級(jí)變化不應(yīng)超過一個(gè)等級(jí)?？墒褂锰结橆愝喞獪y(cè)量儀或三維光學(xué)輪廓測(cè)量儀測(cè)定表面粗糙度。當(dāng)激光清洗用于噴涂層去除和表面沉積層去除，以及其他對(duì)結(jié)合力有特殊要求的涂層去除時(shí)，應(yīng)進(jìn)行激光清洗后重新制備涂層的結(jié)合力檢測(cè)，激光清洗后的基體表面與重新制備的涂層結(jié)合力不應(yīng)低于涂層去除前結(jié)合力，并符合下列規(guī)定。a)噴涂層去除檢測(cè)宜按GB/T8642的規(guī)定，采用拉伸試驗(yàn)方法測(cè)試結(jié)合強(qiáng)度。b)附著強(qiáng)度(電鍍、電刷鍍和化學(xué)鍍層去除的結(jié)合強(qiáng)度)檢測(cè)應(yīng)根據(jù)去除層材質(zhì)，按照GB/T5270c)氣相沉積層去除和其他薄膜類層去除的結(jié)合強(qiáng)度檢測(cè)，應(yīng)按照GB/T28786和GB/T330496的規(guī)定，采用膠帶粘貼法進(jìn)行，或按照GB/T30707的規(guī)定，采用表面劃痕法檢測(cè)。通過不低于500倍的光學(xué)顯微鏡或掃描電子顯微鏡觀察激光清洗基體剖面，不宜出現(xiàn)微米級(jí)以上重熔層，且不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。激光清洗后硬度應(yīng)滿足用戶要求，試樣、表面硬度測(cè)量儀器及試驗(yàn)步驟應(yīng)符合GB/T4340.1的要求。對(duì)于無法移動(dòng)、取樣或無法夾持放置的樣品，可按GB/T17394.1的規(guī)定進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行硬度值換激光清洗后拉伸強(qiáng)度不宜低于工件的相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，金屬基體材料拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)應(yīng)按照GB/T228.1的規(guī)定進(jìn)行，樹脂基復(fù)合材料基體材料拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)應(yīng)按照GB/T3354的規(guī)定進(jìn)行。激光清洗后彎曲性能不宜低于工件的相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，金屬基體材料彎曲性能試驗(yàn)應(yīng)按照GB/T232的規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)后用20倍的放大鏡對(duì)彎曲部位進(jìn)行檢查。樹脂基復(fù)合材料基體材料彎曲性能試驗(yàn)應(yīng)按照GB/T3356的規(guī)定進(jìn)行。7(資料性)激光表面清洗推薦工藝參數(shù)表A.1～表A.3給出了常用激光清洗推薦的工藝參數(shù)。表A.1I類金屬氧化物及鍍覆層的激光清洗主要工藝參數(shù)序號(hào)去除物激光波長類型激光平均功率W脈沖重復(fù)頻率清洗速度m/min作業(yè)光斑直徑1鋁合金表面的自然氧化膜脈沖2鈦合金表面的自然氧化膜脈沖3鋁合金表面的人工陽極氧化膜脈沖4鋁合金MIG焊后氧化物脈沖5鈦合金表面的自然氧化膜脈沖注：序號(hào)1、2、3、4組工藝參數(shù)在100W脈沖光纖激光器條件下獲得，該100W脈沖激光器的脈沖