(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111636814.0 (22)申请日 2021.12.2 9 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114345840 A (43)申请公布日 2022.04.15 (73)专利权人 北京航空航天大 学合肥创新研究 院 （北京航空航天大 学合肥研究 生院） 地址 230013 安徽省合肥市新站高新区文 忠路999号 (72)发明人 管迎春　李兴　姚含波　 (74)专利代理 机构 合肥天明专利事务所(普通 合伙) 34115 专利代理师 周静(51)Int.Cl. B08B 7/00(2006.01) B08B 13/00(2006.01) G01N 21/31(2006.01) (56)对比文件 CN 111650187 A,2020.09.1 1 CN 105127150 A,2015.12.09 CN 106932382 A,2017.07.07 审查员 周建成 (54)发明名称 一种脉冲激光清洗不锈钢表面高温氧化层 过程中能量密度在线 优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种脉冲激光清洗不锈钢表 面高温氧化层过程中能量密度在 线优化方法， 基 于不锈钢高温氧化层与基体成分的明显差异， 采 用光谱仪进行激光清洗过程中光谱信号监测， 利 用得到的Fe元素和Cr元素的特征等离子体信号 峰相对强度比作为判定清洗状态指标， 监测精度 高、 数据处理简单， 响应时间短； 本发明通过主动 优化和被动优化激光能量密度， 既保证激光清洗 效果， 亦可有效减少能源消耗， 降低激光清洗成 本。 本发明通过光谱监测及反馈快速优化能量密 度后即通过监测结果对未完全清洗区域进行在 线二次清洗， 由于光谱响应时间很短， 未被完全 清洗区域小， 加工效率高。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 114345840 B 2022.12.27 CN 114345840 B 1.一种脉冲激光清洗不锈钢表面高温氧化层过程中能量密度在线优化方法， 其特征在 于： 包括以下步骤： （1） 取表面含有高温氧化层的不锈钢产品为待激光清洗样品， 在不同能量密度下进行 激光清洗， 初步确定不锈钢表面高温氧化层被有效清洗时的激光束能量密度范围并优化激 光能量密度的步长； 同时， 利用光谱仪采集得到的Fe元素和 Cr元素的特征等离子体信号峰 相对强度比作为激光清洗状态的监测指标， 明确未完全清洗和有效清洗时相对强度比的临 界值； （2） 根据激光清洗实验结果， 初步设定 激光清洗参数， 规划激光束扫描路径； （3） 开启激光清洗系统， 进行不锈钢表面高温氧化层的激光清洗； 根据待激光清洗样品 的表面状态设定主动优化参数时间点， 在线开展激光能量密度的主动优化； 根据激光清洗 过程中光谱仪的光谱反馈结果， 开展激光能量密度的被动优化； 记录优化激光能量密度过 程产生的未被有效清洗区域时间； 所述主动优化参数时间点是指在当前参数下激光清洗进 行一段时间后， 主动降低激光束能量密度， 在线监测调整后的激光清洗效果的时间点； （4） 优化激光能量密度， 二次清洗未被有效清洗区域以及剩余未清洗区域； 清洗剩余未 清洗区域时， 当再次出现主动优化或被动优化能量密度情况， 重复步骤 （3） 中的主动优化和 被动优化操作， 直至高温氧化层全部被有效清洗 。 2.根据权利要求1所述的脉冲激光清洗不锈钢表面高温氧化层过程中能量密度在线优 化方法， 其特征在于： 步骤 （1） 中， 所述表面含有高温氧化层的不锈钢为 奥氏体不锈钢、 马氏 体不锈钢或铁素体不锈钢； 所述高温氧化层为热加工产生的氧化层， 热加工为铸造、 锻造或 热轧； 所述激光清洗为纳秒或皮秒脉冲宽度的高能脉冲激光清洗 。 3.根据权利要求1所述的脉冲激光清洗不锈钢表面高温氧化层过程中能量密度在线优 化方法， 其特征在于： 步骤 （1） 中， 所述优化激光能量密度的步长是指在已设激光能量密度 下单次减小或增加激光束能量密度的步长， 步长根据高温氧化层能够被有效清洗时的能量 密度区间确定， 步长取值在此能量密度区间的五分之一至二十分之一范围内。 4.根据权利要求1所述的脉冲激光清洗不锈钢表面高温氧化层过程中能量密度在线优 化方法， 其特征在于： 步骤 （1） 中， 所述Fe元素和Cr元素的特征等离子体信号峰的相对强度 比为除背底后Fe元素的特征等离子体信号峰与扣除背底后Cr元素 的特征等离子体信号峰 的比值； F e元素或Cr元 素的特征等离子体信号峰为单个特 征峰或多个特 征峰的强度总和。 5.根据权利要求1所述的脉冲激光清洗不锈钢表面高温氧化层过程中能量密度在线优 化方法， 其特征在于： 步骤 （2） 中， 所述激光清洗参数包括激光功 率、 扫描速率、 填充路径、 离 焦量。 6.根据权利要求1所述的脉冲激光清洗不锈钢表面高温氧化层过程中能量密度在线优 化方法， 其特征在于： 步骤 （3） 中， 所述主动优化是指在时间达到 设定时刻时， 按照设定步长 逐步降低激光能量密度， 直至光谱仪中光谱信号反馈高温氧化层未能被激光清洗； 此时， 把 前一步主动优化得到的能量密度作为优化后的能量密度； 所述被动优化是指正常激光清洗 过程中， 光谱仪中光谱信号反馈出现高温氧化层未被完全清洗时， 根据反馈按照设定步长 逐步提高激光能量密度， 直至光谱信号反馈高温氧化层已经能被激光清洗， 得到被动优化 后的激光能量密度。 7.根据权利要求1所述的脉冲激光清洗不锈钢表面高温氧化层过程中能量密度在线优权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114345840 B 2化方法， 其特征在于： 步骤 （3） 中， 所述未被有效清洗区域时间是指主动优化和 被动优化激 光能量密度时出现高温氧化层未被完全清洗的时间段， 开始时刻为光谱反馈出现高温氧化 层未被有效清洗时刻 减去监测系统反馈时间， 结束时刻为参数优化后光谱反馈出现高温氧 化层可被有效清洗时刻减去监测系统反馈时间。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114345840 B 3