车身锈蚀纳秒激光清洗参数优化与质量分析

摘要

[目的]基于多目标参数优化与图像化表征分析法，实现纳秒脉冲激光清洗车身锈蚀的多工艺参数协同优化和质量评价。[方法]以DC06低碳钢为板材，采用正交试验设计与极差分析-综合评分法对车身激光除锈工艺参数进行优化，通过三维轮廓仪、超景深显微镜、光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等多模态图像采集技术，系统获取清洗后试样的表面光学图、轮廓图、宏观/微观形貌图及元素分布图谱。基于图像分析法提取锈蚀去除率、表面粗糙度、元素质量分数等关键特征参数，构建工艺参数与清洗质量之间的关联。[结果]对激光清洗质量影响最大的参数为激光功率，其次为激光重复频率，影响较小的因素为扫描线间距和扫描速率，优化后的参数组合为：激光扫描速率2 500 mm/s，激光功率25 W，清洗重复频率35 kHz，扫描线间距0.02 mm。优化后的清洗效果显著提升：表面锈蚀基本被去除，未观测到明显的锈蚀残留颗粒，表面O、C元素的质量分数均低于10%，而Fe元素的质量分数高于80%，且与正交试验优选组试样相比，锈蚀去除率更高，表面粗糙度降低。[结论]图像表征分析技术实现了非接触式质量评估和工艺优化，但在特征解析精度与算法泛化性方面仍有提升空间。未来应深入探究图像特征与清洗质量的定量映射关系，开发自适应图像分析算法，并拓展该方法在多元材料清洗中的适用性，以推动激光清洗技术向智能化、精准化方向发展。

关键词

低碳钢 / 激光除锈 / 表面粗糙度 / 正交试验 / 综合评分法 / 图像分析

基金资助

国家自然科学基金面上项目（52575538）; 福建省科技计划引导性项目（2022H0055）; 厦门市自然科学基金面上项目（3502Z202373056）; 厦门理工学院培优计划（XPYM2404）