激光除油相关研究

目前激光除油的应用场景比较复杂，材料与油污各不相同，由于不同基材与不同油污对激光的吸收率均有差异，因此实际应用时，需要提前确定不同材料的清洗阈值与损伤阈值，这对于激光工艺的确定具有至关重要的作用。相关实验结果表明，对于碳钢其清洗阈值为（160±10）m J/cm2损伤阈值为（410±120）m J/cm2，对于不锈钢其清洗阈值为（130±10）m J/cm2损伤阈值为（420±20）m J/cm2，对于铜因其对1064 nm的激光的反射率（R=0.85）相较碳钢（R=0.47）和不锈钢（R=0.68）要高的多，所以其清洗阈值和损伤阈值要远高于碳钢和不锈钢，分别为（1500±100）m J/cm2和（3200±200）m J/cm2。

　利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件建立了爆破机制的激光除油模型，分析了单脉冲能量对基底表面温度以及基底表面蒸发迁移率的影响，并对不同单脉冲能量下的不同厚度油污的清洗效果进行了模拟。通过模拟仿真结果可以发现，基底表面上升温度最大值与单脉冲能量成正相关，随单脉冲能量的增加，基底上升温度的最大值越大。基底表面的蒸发迁移率受温度影响，单脉冲能量越大，基底温度越高，有效蒸发面积越大。对于不同单脉冲能量下的不同厚度油污的清洗效果，当单脉冲能量为1.1 m J时，有效清除最大油污厚度在70μm~100μm，当单脉冲能量为2.0 m J时，有效清除最大油污厚度在200μm~250μm。

图4 不同单脉冲能量下的不同厚度油污的清洗效果模拟