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      半導體激光器 激光切割 激光器
      工業應用
      激光清洗技術在飛機脫漆方面的應用
      材料來源:集萃激光           錄入時間:2022/9/20 19:42:55

      隨著高鐵技術的進一步發展和地域覆蓋面的不斷增加,航空工業面臨著越來越嚴峻的競爭壓力。特別是新冠疫情肆虐導致航空業務受到重大影響,全球氣候變暖導致環境災難頻發的時代背景下,如何降低飛行成本、減少溫室氣體排放是航空工業必須考慮的問題。然而在這之上,航空安全才是重中之重。飛機零部件的高性能、抗疲勞性、抗侵蝕性是航行安全的基本要求。激光技術的應用給航空安全、降低成本、減少碳排放提供了助力。

      飛機維保過程中,需要定期對機體表面重新涂裝。涂裝前必須對機體表面的原有油漆予以去除。對局部細微裂縫、缺損進行修補。傳統的飛機油漆去除方法有噴砂清洗、化學清洗、手工打磨拋光等。其中噴砂(噴丸、干冰)方法(約占清洗總量的20%)為接觸式清洗,易對工件造成損傷,影響機械力學性能,污染環境;瘜W方法(約占清洗總量的75%)大多采用苯類溶劑浸泡、鏟刮工藝去除油漆。溶劑毒性大,不降解,無法處理,污染環境,職業健康危害大;清洗時間周期長,對零部件存在腐蝕和二次污染。手工打磨拋光方法(約占清洗總量的5%)為接觸式清洗,損傷工件表面,影響機械力學性能。勞動強度大,清洗質量不受控。

      采用激光清洗代替傳統清洗工藝去除老化的飛機涂裝是一個最佳選擇。激光脫漆為非接觸式清洗,激光能量被油漆層吸收,被基材反射,零部件的機械力學性能不受影響,抗腐蝕性強,激光清洗不損傷基材;激光脫漆不使用化學藥劑,無污染物排放,固態廢棄物易于收集處理,對零部件沒有二次污染,綠色環保;激光清洗設備易于實行自動化智能清洗,清洗過程可被復制,重復實施,清洗質量高,一致性好;激光脫漆過程無需耗材,設備運行成本低。激光的無應力無損綠色環保清洗優勢為飛機維保提供了安全和質量保證。

      歷年來,各國對航空裝備表面激光脫漆先后進行了各種嘗試。循著激光光源的發展軌跡,先后開發了使用CO2激光光源、Nd:YAG激光光源和光纖激光光源的自動、半自動的在線、離線激光清洗設備,專業用于固定翼、旋翼飛行器表面的脫漆應用。不同的激光器產生不同波長的激光輸出,為細分的各種脫漆應用提供了選擇合適激光光源的可能。

      下面介紹幾種國外飛機激光脫漆設備。

      1、 RLCRS(Robotic laser coating removal system)

      此設備為Concurrent Technologies公司為客戶定制的離線激光脫漆產品,與傳統脫漆工藝相比,使用該設備減少了脫漆時間,脫漆不使用干冰和砂粒,激光脫漆區域精確可控,減少了涂裝油漆的使用量,減少了固體廢棄物數量和污水排放量,當年節省環保費用39萬美元,不到一年即可收回投資。

      2、 ARBSS(Automated Rotor Blade Stripping System)

      該設備是Lasertronics公司為用戶定制的專業清洗飛機旋翼(金屬、碳纖維復合材料)的離線清洗設備。安裝在導軌上的激光清洗頭工作區域可達50m,采用了Nd:YAG激光光源,能量通過光纖傳輸,柔性化好。該設備帶有圖像檢測單元,可評估工作表面顏色,確定清洗效果。該設備可對飛機上的邊角部位、縫隙進行清洗。主要清洗對象為H-53,魚鷹V-22,H-60黑鷹,阿帕奇等。

      3、 LCR(laser coating removal robot)

      該系統為LR SYSTEMS定制的在線激光清洗設備。為覆蓋大型飛機機身的清洗,該脫漆機器人高15.85m,臂展25.9m,重45.4噸,導光臂有效精確傳輸距離最大可達30m。采用了20kw功率輸出的CO2激光器,可以滿足所有顏色漆層和涂料的清洗需要,可以選擇性去除機體面漆。除漆系統配備了機體表面輪廓跟蹤儀以保證激光清洗頭始終貼合機體表面恒距清洗。此外還采用了顏色傳感器和近紅外光譜成像等手段檢測油漆去除效果。激光清洗下來的固體廢棄物由真空抽吸系統收集。該清洗系統既可用于金屬基地材料的表面脫漆,也適用于復合結構材料的表面脫漆。

      為適應不同尺寸飛機的清洗要求,該系統共有四種尺寸規格,滿足從小型飛機(戰斗機、直升機)到大飛機(A380)的表面油漆剝離需求。

      4、 RACRS(Robotic Automated Coatings Removal System)

      該系統是Lasertronics公司將離線清洗設備ARBSS(清洗旋翼)應用于在線清洗而派生出的機型。RACRS主要用于清洗飛機機身。采用的也是Nd:YAG激光器,激光能量可通過光纖傳輸,柔性化好。清洗頭工作區域半徑可達50m,可對飛機上的邊角、縫隙(如機翼油箱內部)進行清洗。主要清洗對象:魚鷹V-22機身及其他機身

      5、 ARLCRSs(Advanced Robotic Laser Coating Removal Systems)

      與RLCRS 一樣,ARLCRSs 是Concurrent Technologies的又一款定制產品。主要用于為商業航空公司和航空航天工業提供除漆服務。該系統包含6個機器人,2個用于F-16除漆,4個用于C-130除漆。整個系統采用了光纖激光器作為除漆光源。整個系統半自動工作,以適應不同機型的清洗要求。在清洗效率方面,與傳統清洗方法相比,F-16除漆時間可從7天縮短到3天,C-130除漆時間從10天減至5天。該系統適用于金屬或復合結構材料的除漆清洗,清洗下的固體廢棄物由真空抽吸系統收集處理。當時的設備成本為500~700萬美元。

      近年來,國內一些航空專業研究所和大學也開展了一些飛機激光脫漆方面的研究。從激光清洗技術應用來看,對航空部件進行焊接、粘接前預處理,焊接后處理,飛機維保除污除油去脂等方面的應用相對成熟些。對機體功能涂層的去除試驗及效果分析也在不斷進行中。由于航空工業的特殊性,一項工藝要應用于生產實際除了要有技術上的可靠支撐、嚴苛的惡劣氣象環境試驗外,還必須通過嚴格的審批流程,經歷從點到面的逐步實施過程。

      南京集萃激光智能制造有限公司(www.jicuilaser.com)專注于激光加工技術和智能制造技術在生產環節的結合應用,以激光智能制造技術解決生產制造過程中的實際問題;致力于提升用戶產品品質、提高生產效率、降低制造成本、促進環境保護、實現綠色制造。

      針對航空制造業,集萃激光公司提供通用型JL-EasyCleaning 系列便攜式激光清洗機(50-100瓦)、JL-QuickCleaning系列移動式激光清洗機(200-1000瓦)和JL-MultiCleaning多功能激光清洗機(100-1000瓦)供用戶選擇?煞謩e用于航空零部件銹漬、油污清洗,油漆剝離和機體功能涂層的逐層去除。

      作者:楊和逸

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