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原文传递 EH36船用钢的激光除漆在线检测与表面性能研究

论文题名：	EH36船用钢的激光除漆在线检测与表面性能研究
关键词：	船舶维修;激光除漆;在线检测;表面质量
摘要：	船舶长期服役于恶劣的海洋环境，船用钢表面漆层的物理化学性质容易发生质变，出现老化、开裂、脱落等现象，加速船体钢的腐蚀，不但降低船体的结构强度，甚至导致海难事故的发生。为了提高船舶的使用寿命与安全性，需定期清理船用钢表面原有旧漆层并重新喷涂新油漆，传统除漆技术无法满足绿色高效的工业发展需求。激光除漆技术采用高能量激光作为去除工具，具有环境污染小、劳动强度低、灵活性高和易于自动化等优势，已逐渐被船舶行业接触和了解，有广阔的应用前景。　　针对船用钢激光除漆的智能化难题，提出基于激光诱导击穿光谱技术(LIBS)与K邻近法(KNN)结合的激光除漆质量在线检测方法，发现船用油漆和船用钢中特有的元素特征谱线，有效表征激光除漆质量；为了提高后续喷涂质量，建立激光参数对船用钢除漆后表面性能的影响规律，对比研究不同光束模式和光斑搭接率下的激光除漆效果，获得激光除漆的优选工艺参数，为激光除漆的表面质量控制提供技术支撑，也为激光除漆应用提供有用的参考。具体研究内容如下：　　(1)有效在线表征激光除漆质量。提出基于激光诱导击穿光谱技术的光谱谱线表征手段，搭建激光诱导击穿光谱实验系统，通过大量实验获得不同清洗质量类型试样表面的激光等离子光谱谱线。结合表面微观形貌和元素组成成分分析，发现Zn和Fe的光谱谱线是船用油漆和船用钢中各自独有的元素特征谱线，特征谱线的强度与激发光源的单脉冲能量呈正相关关系，可用于有效在线表征激光除漆质量。建立基于K邻近法实时评估船用钢表面除漆效果的方法，自动分类激光除漆效果。结果表明，当K=3时，激光除漆表面质量的分类准确率为100%。　　(2)获得高质高效激光除漆效果的激光工艺参数影响规律。研究高斯光束与平顶光束的聚焦光斑能量分布特点，对比分析以点、线、面三种作用方式的激光除漆效果。以参数组合阵列方式进行激光除漆实验，重点研究搭接率对表面形貌和表面粗糙度的影响。根据目视评判、表面粗糙度和清洗效率的综合评定，获得激光除漆的优选工艺参数。结果表明：在激光功率为100W，激光脉宽为100ns，激光重复频率为100kHz，扫描次数为2次的条件下，高斯光束激光除漆优选参数为扫描速度5000mm/s，扫描间距0.04mm。平顶光束激光除漆优选参数为扫描速度4000mm/s，扫描间距0.06mm。　　(3)表征优选参数下EH36船用钢的表面性能。对比研究在优选参数下激光除漆后船用钢的表面性能，测试表面形貌、表面粗糙度、表面硬度、表面耐腐蚀性的变化规律，检测喷涂漆层拉拔力性能，计算面积清洗效率和体积清洗效率。结果表明：在高斯光束作用下，船用钢表面性能发生改变，相比原始基体表面粗糙度提高300%，表面硬度提高20.8%，漆层拉拔力提高32.7%，腐蚀电流密度降低64.7%；在平顶光束作用下，基体的表面性能基本未发生改变，实现无损激光除漆，其清洗效率相比高斯光束提高20%。
作者：	上官剑锋
专业：	光学工程
导师：	佟艳群
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022