一种航空发动机钛合金零部件氧化层的激光清洗装置的制作方法

本实用新型属于表面清洗技术领域，特别涉及航空发动机钛合金零部件氧化层的激光清洗装置。

背景技术：

航空发动机是飞机的重要组成部分，发动机的性能直接影响着整个飞机的使用性能。在航空发动机领域，钛合金是一种新型的重要结构材料，自上世纪70年代以来，钛合金在航空发动机中的用量明显上升，一般占结构总重量的20％～30％。目前钛合金主要用于制造压气机部件，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、铸钛压气机机匣、中介机匣、轴承壳体等。

航空发动机中所用的钛合金零部件经过了热处理，因此在零件表面生成了致密的氧化层，氧化层的存在给后续的焊接工艺带来了负面影响，使得焊缝有“氢脆”倾向。为了去除钛合金零部件表面的氧化层，目前多采用手工打磨或酸洗的方法进行表面预处理。

由于航空发动机上所用的钛合金零件很多，且对零件的尺寸要求很高，采用手工钢刷进行打磨不仅效率低下还会影响零件的装配精度，并且对于形状复杂的零件，容易残留氧化物无法清除。

钛合金的酸洗多采用HF/HNO3溶液，不仅酸洗效率低，清洗后的废酸处理复杂，对自然环境造成破环；此外钛合金对氢脆的敏感性很大，酸洗工艺会造成钛合金材料内部的渗氢现象，给材料性能带来负面作用。现有技术中采用激光清洗的方法可避免以上问题，但是可用于激光清洗的装置始终处于空白状态。因此，急需开发一种低热输入、涂层结合力高的激光清洗装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是要提供一种航空发动机钛合金零部件氧化层的激光清洗装置，采用该激光清洗装置清洗航空发动机钛合金零部件，热输入低，航空发动机钛合金零部件涂层结合力高。

为了实现上述目的，本实用新型公开了一种航空发动机钛合金零部件氧化层的激光清洗装置，包括：回转变位机，具有安装钛合金零部件的卡盘；机械手臂，安装有扫描镜头，所述扫描镜头的焦距位于所述钛合金零部件的氧化层的表面；光斑整形单元，连接所述扫描镜头；激光器，通过光纤连接所述光斑整形单元。

进一步地，所述激光器的输出功率为50W～300W，激光脉冲波长为532nm～1064nm，激光脉冲频率为10kHz～30kHz。

进一步地，所述钛合金零部件为圆形；所述回转变位机设定为使得所述钛合金零部件的表面的回转线速度为10～20mm/s。

进一步地，所述输出功率为100W～250W，所述激光脉冲波长为1064nm，所述激光脉冲频率为10kHz，所述回转线速度为12mm/s。

进一步地，还包括：吸尘装置。

进一步地，所述光斑整形单元输入圆型光斑，输出线状光斑。

进一步地，所述光斑整形单元为扫描振镜。

进一步地，所述光斑整形单元为旋转多面镜。

进一步地，所述线状光斑的宽度为15ns，长度为25mm。

本实用新型实施例与传统方法相比，激光清洗装置具有以下技术效果：

(1)采用激光清洗装置绿色环保。激光清洗后的氧化层将转变为细小的固体颗粒，废料残渣方便收集，最终可通过吸尘装置进行回收，不会对环境造成污染。而且激光清洗不需要任何化学试剂，不产生废液。

(2)激光清洗装置易于实现自动化。激光可以通过光纤进行传输，而且激光清洗是非接触式清洗，具有很高的适应性，可以由机器人搭载。并且激光清洗区域控制精准，使得零件的清洗过程更有针对性。

(3)激光清洗装置成本低。激光清洗设备将电能转化为光能，只需要电费和常规维护费用，不会引入其他清洗试剂的成本。

(4)激光清洗装置效率高。相比于传统手工打磨，激光清洗的效率更高，清洗速率提高十倍以上，能显著缩短零部件的清洗周期，使得生产成本进一步降低。

(5)激光清洗装置不会影响材料的性能。采用非接触式清洗方式，清洗过程不会引入强酸等腐蚀介质，从而避免了钛合金酸洗后材料渗氢的风险。

下面，根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本实用新型方法实施例的激光清洗装置的结构示意图；

图2是本实用新型方法实施例清洗氧化层的工艺装置示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

图1是本实用新型方法实施例的激光清洗装置的结构示意图，如图1所示，航空发动机钛合金零部件氧化层的激光清洗装置，包括：

回转变位机50，具有安装钛合金零部件51的卡盘52；机械手臂53，安装有扫描镜头54，所述扫描镜头54的焦距位于所述钛合金零部件51的氧化层的表面；光斑整形单元55，连接所述扫描镜头54；激光器56，通过光纤连接所述光斑整形单元55。

其中，回转变位机50的卡盘52对航空发动机钛合金零部件进行固定，机械手臂53控制扫描镜头54位移，扫描镜头54的焦点位于待清洗的航空发动机钛合金零部件氧化层的表面，将氧化层转变为细小的固体颗粒。该清洗过程为非接触式清洗，适应性高，清洗速率快，不引入强酸等腐蚀介质，避免渗氢风险，生产成本低。

在一些说明性实施例中，所述激光器的输出功率为50W～300W，激光脉冲波长为532nm～1064nm，激光脉冲频率为10kHz～30kHz。航空发动机钛合金零部件受到特定工作参数的激光照射，其表面的氧化层将发生热膨胀及气化现象，氧化层脱离航空发动机钛合金零部件的表面，清除表面氧化层。

在一些说明性实施例中，所述钛合金零部件为圆形；所述回转变位机设定为使得所述钛合金零部件的表面的回转线速度为10～20mm/s。

在一些说明性实施例中，所述输出功率为100W～250W，所述激光脉冲波长为1064nm，所述激光脉冲频率为10kHz，所述回转线速度为12mm/s。

在一些说明性实施例中，还包括：吸尘装置，所述吸尘装置用于收集激光清洗后形成的氧化层固体颗粒，减少对环境的污染。

在一些说明性实施例中，所述光斑整形单元101输入圆型光斑，输出线状光斑。

图2是本实用新型方法实施例清洗氧化层的工艺装置示意图，如图2所示，所述光斑整形单元101为扫描振镜。扫描振镜将激光整形为线状光斑，线状光斑通过聚焦透镜102、防护镜片103聚焦于航空发动机钛合金零部件106外部的氧化层105的表面，进行清洗。

其中，回转变位机的卡盘对航空发动机钛合金零部件106进行固定，机械手臂控制扫描镜头位移，扫描镜头的焦点位于待清洗的航空发动机钛合金零部件106氧化层105的表面，激光束104将氧化层105转变为细小的固体颗粒。该清洗过程为非接触式清洗，适应性高，清洗速率快，不引入强酸等腐蚀介质，避免渗氢风险，生产成本低。

在一些说明性实施例中，所述激光器的输出功率为50W～300W，激光脉冲波长为532nm～1064nm，激光脉冲频率为10kHz～30kHz。航空发动机钛合金零部件106受到特定工作参数的激光照射，其表面的氧化层105将发生热膨胀及气化现象，氧化层105脱离航空发动机钛合金零部件106的表面，清除表面氧化层105。

在一些说明性实施例中，所述光斑整形单元101为旋转多面镜。

在一些说明性实施例中，所述线状光斑的宽度为15ns，长度为25mm。

由上可知，本实用新型具有以下优势：

1)采用激光清洗装置绿色环保。激光清洗后的氧化层将转变为细小的固体颗粒，废料残渣方便收集，最终可通过吸尘装置进行回收，不会对环境造成污染。而且激光清洗不需要任何化学试剂，不产生废液。

2)激光清洗装置易于实现自动化。激光可以通过光纤进行传输，而且激光清洗是非接触式清洗，具有很高的适应性，可以由机器人搭载。并且激光清洗区域控制精准，使得零件的清洗过程更有针对性。

3)激光清洗装置成本低。激光清洗设备将电能转化为光能，只需要电费和常规维护费用，不会引入其他清洗试剂的成本。

4)激光清洗装置效率高。相比于传统手工打磨，激光清洗的效率更高，清洗速率提高十倍以上，能显著缩短零部件的清洗周期，使得生产成本进一步降低。

5)激光清洗装置不会影响材料的性能。采用非接触式清洗方式，清洗过程不会引入强酸等腐蚀介质，从而避免了钛合金酸洗后材料渗氢的风险。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。