撰稿人：江茫
单位：空军航空维修技术学院
江茫, 徐进军, 刘珂嘉, 高昆, 许文斌, 曾全胜. 飞机蒙皮激光除漆技术工程化应用的现状与展望（特邀）[J]. 红外与激光工程, 2023, 52(2): 20220780. doi: 10.3788/IRLA20220780
激光除漆技术具有高效环保、安全性高、可实时监测和易实现自动化除漆等优势，有望成为飞机整机除漆的主要途径之一。本文首先对激光除漆技术的主要方法和机理进行了分析。其次，总结了各工艺参数对飞机蒙皮激光除漆效果的影响规律，提出了工程化激光除漆工艺参数的设计思路，借助某型飞机金属蒙皮除漆结果验证了设计思路的效用性；并对激光除漆效果评价方法和现有技术标准情况进行了介绍。最后，归纳了飞机整机蒙皮激光除漆的应用实例，展望了激光除漆技术未来的研究方向和重点。
飞机长期在潮湿、高压以及冷热循环的复杂环境中服役，不可避免地导致蒙皮表面漆层出现褪色、老化、腐蚀以及龟裂等缺陷，从而危及飞机的飞行安全。因此，必须定期对蒙皮原有漆层进行清除后再重新涂装。据报道，一架波音747飞机漆层的清洗周期为3~5年，单次清除面积近2000 m2 ，总质量约为250~300 kg。某型军用飞机在飞行数小时后就需要对漆层进行清除和重新涂装。可见，蒙皮除漆是飞机维护领域一项重要的基础工作。目前，飞机蒙皮除漆方法主要包括手工机械打磨、高压水力冲击、二氧化碳喷射清洗、化学试剂清洗（如甲基乙基酮和甲基氯等）、塑料介质喷射和超声波除漆等[8]。与其他方法相比，激光除漆技术（Laser paint stripping，LPS）具有无环境污染、与蒙皮无机械接触、除漆精确度高以及可实时监测等优势，已成功应用于国外军用和民用飞机的整机除漆。本文综述了LPS技术在飞机蒙皮除漆工程化应用的研究现状和发展趋势，对激光除漆方法和机理、工程化除漆工艺设计以及激光除漆技术标准等进行了讨论。激光除漆方法主要包括干式、湿式和激光冲击波这三种典型的脉冲激光清洗方式。
激光能量参数和扫描参数协同调控才能取得较好的除漆效果。扫描速度较快时，必须同步提升激光能量密度，确保实际作用激光能量密度高于清洗阈值。当激光能量密度低于某临界值时，即使延长激光除漆时间，也没有任何的清洗效果，该临界值称为清洗阈值；当激光能量密度高于某临界值，漆层被完全去除但基体受损，该临界值称为损伤阈值。因此，在激光除漆过程中必须保证实际作用在蒙皮漆层的激光能量密度处于清洗阈值和损伤阈值之间。通过调整激光能量参数、扫描速度和蒙皮供给速度调控实际作用激光能量密度，结合一系列的微观组织观察和性能测试，可获得飞机蒙皮激光清洗过程中激光能量密度控制范围，为后续整机蒙皮在首翻（只除去面漆而保留底漆）和大修（去除漆层不伤基体）过程中的工艺设计提供实验参考。
图2 某型飞机蒙皮激光除漆的激光能量密度控制范围示意图在飞机蒙皮激光除漆过程中，如果漆层与基体存在明显的颜色差异可通过目视检测方法观察除漆后基体表面的宏观形貌来初步判断除漆效果。通过显微镜观察清洗后表面并借助Image J图像处理软件对显微照片进行二值化处理，可快速的计算出基材表面的清洁率和表面粗糙度；借助扫描电镜观测除漆后表面和随机选取区域进行EDS测试，能进一步确定氧化膜和基体是否损伤。为进一步确定激光除漆是否会影响飞机蒙皮基体的力学性能，可对激光除漆前、后蒙皮基材的力学性能进行对比。
图3 某型飞机蒙皮激光除漆的效果评价：(a) 目视检测初判；(b) 微观组织测试；(c) 力学性能测试
与传统飞机蒙皮除漆方法相比，激光除漆技术是一种高效环保、安全性高且易实现自动化清洗的新型除漆技术，有望成为飞机整机除漆的主要途径之一。目前，我国在激光除漆机理、工艺参数设计以及性能评价体系构建等方面取得了丰硕的研究成果；但在激光除漆技术的工程化运用方面还处于探索累积经验阶段，与欧美发达国家还存在较大差距。国内适用于飞机整机蒙皮除漆的高功率短脉冲稳定性好的激光除漆设备不多，激光除漆效果评价体系和除漆技术标准尚不全面，可用于整机蒙皮工程化除漆的自动化激光除漆系统还在研制中。鉴于激光除漆技术在飞机整机除漆的显著优势和应用前景，值得国家不断加大政策扶持和资金支持力度促进激光除漆技术的快速发展，对提升我国航空装备维修企业的自主修理能力和保障飞机飞行安全都具有非常重要的经济和战略意义。
团队介绍：由曾全胜教授、高昆博士领衔的课题组依托于空军航空维修技术学院飞机维修工程技术研究中心，在科技部国家重点研发计划项目、军队技术基础重点项目以及湖南省高新技术产业科技创新引领计划等项目的资助下，开展了飞机3D模型重构与除漆作业轨迹规划、激光除漆执行器位姿自适应控制、设备工程化开发和自动除漆系统装置开发等研究工作，以期突破激光清洗质量和效率的工程化应用关键技术，形成可用于某型军机蒙皮除漆的技术条件（标准）和技术装备，已研制出了某型飞机整机蒙皮数字化激光除漆系统样机。
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