Study on the Optimization of Process Parameters of Laser-cleaning High Strength Welding Wire Surface

WANG Bing; XU Haijun; CHENG Zhan; GUAN Changyong; WU Yuanke; LONG Weimin; ZHONG Sujuan

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.06

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Study on the Optimization of Process Parameters of Laser-cleaning High Strength Welding Wire Surface
Vol. 55, Issue 2, Pages: 58-69(2025)
Received：13 September 2024，

Revised：14 January 2025，

Published：20 February 2025
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.06
稿件说明：

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王冰，徐海军，程战，等.激光清洗高强焊丝表面的工艺参数优化研究［J］.电焊机，2025，55（2）：58-69. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.06.

WANG Bing, XU Haijun, CHENG Zhan, et al.Study on the Optimization of Process Parameters of Laser-cleaning High Strength Welding Wire Surface[J].Electric Welding Machine, 2025, 55(2): 58-69. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.02.06.

摘要

由于传统清洗技术处理高强度焊丝存在工作量大、污染严重等无法避免的问题，采用激光清洗技术对高强度焊丝表面进行清洁处理。研究了激光清洗次数、激光功率和扫描速度对清洗效果清洁率，表面粗糙度以及元素分布的影响。研究结果表明，当激光清洗次数

=6时，焊丝表面存在未清洗掉的锈蚀层；

=10时，锈蚀层基本清除干净，但热输入量过大，基材在激光作用下产生了氧化烧蚀，使得表面呈现浅褐色；

=8时，锈蚀层基本清除，且表面呈现亮白色金属光泽。表面粗糙度受到扫描速度和激光功率的影响，粗糙度的大小与激光功率成正比，与扫描速度成反比，当激光功率

=12 W时，扫描速度

=1 200 mm/s时，其粗糙度最小，Ra=2.07；当激光功率

=20 W，扫描速度

=800 mm/s时，其粗糙度最大，Ra=6.64。通过对比激光清洗前后氧元素的含量，可以得到当激光功率

=16 W，扫描速度

=1 200 mm/s，其氧含量最低为3.9 wt.%，相比于清洗前降低了84.08%。综合除锈率，粗糙度以及元素含量这三个指标，选取激光清洗次数

=8，激光功率

=16 W，扫描速度

=1 200 mm/s；作为最优工艺参数，在该工艺参数下，除锈率为95.8%；表面粗糙度Ra=2.52，氧元素含量3.9 wt.%。

Abstract

Due to the traditional cleaning technology to deal with high-strength welding wire

there are unavoidable problems such as heavy workload and serious pollution. In this paper

laser-cleaning technology is used to clean the surface of high-strength welding wire. The

effects of cleaning-times

laser power and scanning speed on cleaning rate

surface roughness and element distribution were studied. The results show that when the cleaning-times

equals 6

there is an uncleaned rust layer on the surface of the welding wire; when

equals 10

the corrosion layer is basically cleared

but the heat input is too large

and the substrate is oxidized and ablated under the action of laser

so that the surface is light brown. When

equals 8

the corrosion layer is basically cleared

and the surface is bright white metal luster. The surface roughness is affected by the scanning speed and laser power. The roughness is proportional to the laser power and inversely proportional to the scanning speed. When the laser power

equals 12 W and the scanning speed

equals 1 200 mm/s

the roughness is the smallest

Ra equals 2.07. When the laser power

equals 20 W and the scanning speed

equals 800 mm/s

the roughness is the largest

Ra = 6.64. By comparing the content of oxygen before and after laser cleaning

it can be obtained that when the laser power

equals 16 W and the scanning speed

equals 1 200 mm/s

the lowest oxygen content is 3.9 wt.%

which is 84.08 % lower than that before cleaning. Based on the three indexes of rust removal rate

roughness and element content

the laser cleaning-times N = 8

laser power

= 16W

scanning speed

= 1 200 mm/s were selected as the optimal process parameters. Under this process parameters

the rust removal rate is 95.8 % ; the surface roughness is Ra = 2.52

the oxygen content is 3.9 wt.%.

关键词

Keywords

references

李方敏 . Si对高等级耐候桥梁钢埋弧焊焊缝低温韧性与耐蚀性影响及工艺优化［D］. 秦皇岛：燕山大学， 2023 .

LI F M . Effect of Si on low temperature toughness and corrosion resistance of submerged arc welding seam of high grade weathering bridge steel and process optimization ［D］. Qinhuangdao ： Yanshan University ， 2023 .

甄先锋，李阳，王广顺，等 . 轧后冷却方式对高强度焊丝用盘条显微组织和拉拔性能的影响［J］. 金属热处理， 2023 ， 48 （ 07 ）： 176 - 181 .

ZHEN X F ， LI Y ， WANG G S ， et al . Effect of cooling method after rolling on microstructure and drawing properties of high strength wire rod ［J］. Metal Heat Treatment ， 2023 ， 48 （ 07 ）： 176 - 181 .

Guerra-Contreras A ， Camacho-Ramírez A ， Olvera-Sosa M ， et al . Evaluation of a rapid and long-effective pickling method for iron rust removal on metallic surfaces using carboxylic acid-based polymers ［J］. Journal of Polymer Research ， 2021 ， 28 （ 4 ）： 104 .

Zhao J ， Liu Z ， Yan C ， et al . Research on Discrimination Algorithm of Sandblasting Derusting Quality Based on Improved Texture Features ［J］. Automatic Control and Computer Sciences ， 2021 ， 55 ： 89 - 98 .

Guo S ， Si R ， Dai Q ， et al . A critical review of corrosion development and rust removal techniques on the structural/environmental performance of corroded steel bridges ［J］. Journal of cleaner production ， 2019 ， 233 ： 126 - 146 .

杨帅 . 新型钢模板打磨除锈设备的研制与应用［J］. 海河水利， 2022 ，（ 06 ）： 117 - 119 .

YANG S . Development and application of a new type of steel template grinding and rust removal equipment ［J］. Haihe Water Conservancy ， 2022 ，（ 06 ）： 117 - 119 .

朱国栋，张东赫，李志超，等 . 激光清洗技术研究进展及挑战（特邀）［J］. 中国激光， 2024 ， 51 （ 04 ）： 97 - 120 .

ZHU G D ， ZHANG D H ， LI Z C ， et al . Research progress and challenges of laser cleaning technology （ invited ）［J］. China Laser ， 2024 ， 51 （ 04 ）： 97 - 120 .

王蔚，沈杰，刘伟军，等 . 脉冲激光清洗过程中振镜扫描速度对TA15钛合金表面氧化层的影响［J］. 中国激光， 2021 ， 48 （ 18 ）： 34 - 42 .

WANG W ， SHEN J ， LIU W J ， et al . Effect of galvanometer scanning speed on the surface oxide layer of TA15 titanium alloy during pulsed laser cleaning ［J］. China Laser ， 2021 ， 48 （ 18 ）： 34 - 42 .

Zhu G ， Xu Z ， Jin Y ， et al . Mechanism and application of laser cleaning： A review ［J］. Optics and Lasers in Engineering ， 2022 ， 157 ： 107130 .

Xie X ， Huang Q ， Long J ， et al . A new monitoring method for metal rust removal states in pulsed laser derusting via acoustic emission techniques ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2020 ， 275 ： 116321 .

李鑫炎，李灿阳，王丹，等 . 激光扫描速度对Q345钢表面锈层清洗质量的影响［J］. 中国激光， 2020 ， 47 （ 10 ）： 112 - 120 .

LI X Y ， LI C Y ， WANG D ， et al . Effect of laser scanning speed on the cleaning quality of rust layer on the surface of Q345 steel ［J］. China Laser ， 2020 ， 47 （ 10 ）： 112 - 120 .

刘鹏宇，王宪伦，张则荣 . 激光清洗的机理研究进展［J］. 工业加热， 2022 ， 51 （ 10 ）： 50 - 53 .

LIU P Y ， WANG X L ， ZHANG Z R . Research progress on the mechanism of laser cleaning ［J］. Industrial heating ， 2022 ， 51 （ 10 ）： 50 - 53 .

宋峰，陈铭军，陈晅，等 . 激光清洗研究综述（特邀）［J］. 红外与激光工程， 2023 ， 52 （ 02 ）： 28 - 49 .

SONG F ， CHEN M J ， CHEN X ， et al . Review of Laser Cleaning （Invited）［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2023 ， 52 （ 02 ）： 28 - 49 .

雷正龙，孙浩然，陈彦宾，等 . 不同激光清洗方法对高强钢表面锈蚀层的去除研究［J］. 中国激光， 2019 ， 46 （ 07 ）： 86 - 91 .

LEI Z L ， SUN H R ， CHEN Y B ， et al . Elimination of Rusting Layer from High Strength Steel Surface Using Different Laser Cleaning Methods ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2019 ， 46 （ 07 ）： 86 - 91 .

王春生，王洪潇，徐惠妍，等 . 车轴激光清洗表面质量分析及在线评估［J］. 中国激光， 2022 ， 49 （ 08 ）： 49 - 59 .

WANG C S ， WANG H X ， XU H Y ， et al . Quality Analysis and Online Evaluation of Axle Surface after Laser Cleaning ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2022 ， 49 （ 08 ）： 49 - 59 .

李昌奇，刘列，韩良华 . 超高功率连续激光清洗工艺参数对Q355B钢清洗质量的影响［J］. 材料保护， 2024 ， 57 （ 06 ）： 165 - 174 .

LI C Q ， LIU L ， HAN L H . Effect of ultra-high power continuous laser cleaning process parameters on cleaning quality of Q355B steel ［J］. Material protection ， 2024 ， 57 （ 06 ）： 165 - 174 .

吴秋培，孙向阳，孙家坡，等 . 连续激光清洗Q235B碳钢锈蚀层的工艺参数对表面质量的影响［J］. 激光与光电子学进展， 2023 ， 60 （ 23 ）： 192 - 203 .

WU Q P ， SHUN X Y ， SHUN J P ， et al . Effect of process parameters of continuous laser cleaning of Q235B carbon steel corrosion layer on surface quality ［J］. Progress of laser and optoelectronics ， 2023 ， 60 （ 23 ）： 192 - 203 .

马莉冰，桑文雅，胡士齐 . 汽车用6061铝合金焊前激光清洗对其接头性能的影响［J］. 应用激光， 2023 ， 43 （ 12 ）： 80 - 88 .

Ma L B ， SANG W Y ， HU S Q . Effect of laser cleaning before welding on the properties of 6061 aluminum alloy joints for automobile ［J］. Application of laser ， 2023 ， 43 （ 12 ）： 80 - 88 .

江茫，徐进军，刘珂嘉，等 . 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 （ 02 ）： 69 - 82 .

JIANG M ， XU J J ， LIU K J ， et al . Current Status and Prospect of Engineering Application of Laser Paint Removal Technology for Aircraft Skin （Invited）［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2023 ， 52 （ 02 ）： 69 - 82 .

王凯杰 . Q235碳钢脉冲激光除锈工艺研究［D］. 武汉：华中科技大学， 2017 .

WANG K J . Research on pulse laser rust removal process of Q235 carbon steel ［D］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2017 .

杨海锋，解赞华，崔辉，等 . 脉冲激光对6106铝合金表面形貌及氧含量的影响［J］. 焊接， 2020 ，（ 01 ）： 55 - 59+68 .

YANG H F ， XIE Z H ， C H ， et al . Effect of pulsed laser on surface morphology and oxygen content of 6106 aluminum alloy ［J］. Welding ， 2020 ，（ 01 ）： 55 - 59+68 .

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