T/CMES 38008-2024 金属构筑成形真空激光去氧化膜工艺技术

T/CMES 38008-2024 金属构筑成形真空激光去氧化膜工艺技术规范 主要内容总结​

本规范旨在为金属构筑成形技术中的关键环节——基材表面真空激光去氧化膜——提供统一、明确的技术要求和操作规范，以提高界面愈合质量、减少后续保温锻压工艺时间、提升生产效率和资源利用率。

​1. 范围 (Scope)​​

• 明确规定本文件适用于金属构筑成形工艺中基材堆叠前的真空激光去氧化膜过程。
• 涵盖技术要求和具体的去氧化膜工艺流程。

​2. 规范性引用文件 (Normative References)​​

• 列出了制定本规范所依据和参考的关键国家标准和团体标准：
  • GB/T 1.1-2020 (标准化文件结构规则)
  • GB/T 3163 (真空技术术语)
  • GB/T 12604.7 (无损检测术语 泄漏检测)
  • GB/T 15313 (激光术语)
  • GB/T 41735 (绿色制造 激光表面清洗技术规范)
  • T/CNS 50.1 (核电厂用奥氏体不锈钢构筑成形工艺技术要求 第1部分：连铸板坯)

​3. 术语和定义 (Terms and Definitions)​​

• 引用了上述引用文件中的相关术语定义。
• 特别定义了本规范的两个核心概念：
  • ​金属构筑成形 (Additive forging techniques)：​​ 定义为“多块连铸坯或锻坯经表面加工、清洁、堆垛、真空封装、加热锻造后结合成锻造钢坯的制造方法”。（源自 T/CNS 50.1）
  • ​激光去氧化膜 (Laser removal of oxidized film)：​​ 定义为“利用激光束去除金属基材表面氧化膜的过程”。

​4. 技术要求 (Technical Requirements)​​
​4.1 环境条件 (Environmental Conditions)​​
* ​真空度：​​ 基材表面去氧化处理必须在真空环境下进行，最佳真空度范围为 ​​(2~6) × 10⁻² Pa。
* ​工作台：​​ 必须保持清洁，无污染物。
* ​基材放置：​​ 待清洗表面应避免与工作台接触，以防二次污染。

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​**4.2 待处理基材 (Base Materials to be Processed)​**​
*   ​**材料类型：​**​ 适用于易氧化金属基材，如**铝合金、316H不锈钢、508-3钢**等。
*   ​**尺寸要求：​**​ 基材尺寸应 ​**> 500mm × 500mm × 200mm**。
*   ​**表面质量：​**​
    *   ​**平面度公差：​**​ < 0.1mm。
    *   ​**粗糙度 (Ra)：​**​ < 0.3μm (Sa 0.3μm)。
    *   ​**清洁度：​**​ ≤ 10 RFU (相对荧光单位)。

​**4.3 激光去氧化膜系统 (Laser Deoxidized Film System)​**​
    ​**4.3.1 系统组成 (System Composition)​**​
    *   系统主要由 ​**真空室、搬运装置 和 真空去氧化膜装置**​ 组成。

    ​**4.3.2 真空室及搬运装置 (Vacuum Chamber and Handling Device)​**​
    *   ​**真空室：​**​
        *   由真空仓和真空泵组成。
        *   需密封不漏气。
        *   内部需容纳激光去氧化膜装置和真空封焊装置。
        *   需配备照明和监控装置（显示内部情况及搬运装置位置）。
        *   真空泵需有效连接并维持所需真空度。
    *   ​**搬运装置：​**​
        *   由运动平台和升降装置组成。
        *   运动平台：
            *   下方有导轨，能带动装置进出真空室。
            *   可承载基材并能在真空室内**水平360°旋转**。
        *   升降装置：
            *   安装有**基材夹具**，夹取时需保证基材**无滑动或脱落**。
            *   具备带动基材**上下运动 (范围：1m~1.5m)​**​ 的动力。
    *   ​**控制柜：​**​ 设置在真空室外，用于控制整个去氧化膜装置的运行。
    *    (此处嵌入图1示意图)

    ​**4.3.3 真空去氧化膜装置 (Vacuum Deoxidized Film Device)​**​
    *   ​**组成：​**​ 主要由**机械臂和激光设备**构成。
    *   ​**机械臂：​**​
        *   安装在真空室内，​**折叠后不与内部其他装置干涉**。
        *   电源及控制线缆通过**航空插头**进入真空室。
        *   末端安装**激光头和喷嘴**。
        *   末端能实现**竖直180°旋转**。
        *   末端在**水平方向活动范围至少为1m×1m**。
    *   ​**激光设备：​**​
        *   激光器**功率 ≥ 100W**。
        *   光纤和惰性气体导管通过**密封法兰**进入真空室。
        *   激光头能对基材扫描烧蚀氧化膜，​**扫描面积至少为200mm×200mm**。
        *   控制装置置于真空室外。
    *   ​**辅助系统：​**​
        *   喷嘴通过导管与真空室外**惰性气体罐（推荐氮气或二氧化碳）​**​ 连接。
        *   惰性气体需有**足够气压吹出**，有效**清除烧蚀产生的灰尘**。
    *    (此处嵌入图2示意图)

​5. 真空激光去氧化膜工艺 (Vacuum Laser Deoxidized Film Process)​​
​5.1 准备工作 (Preparation Work)​​
​5.1.1 参数预设定 (Parameter Presetting)​​
* ​试片验证：​​ 使用与基材相同的金属小块进行激光去氧化膜试验。
* ​效果评估：​​ 切割小块，​侧面观察氧化膜去除程度和基体损伤情况。
* ​参数调整：​​ 根据试验结果（去除不完全或基体灼伤）​调整激光功率、光斑直径、扫描速度等参数，直至氧化膜去除完全且不损伤基体。
* ​分区规划：​​ 根据机械臂活动范围和激光扫描面积，对待清洗基材表面进行分区。
* ​位置点设定：​​ ​每个分区中心设定机械臂停留位置点，确保在该点激光扫描范围覆盖对应分区。

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    ​**5.1.2 基材堆叠 (Base Material Stacking)​**​
    *   ​**环境清洁：​**​ 确保工作室（尤其真空室内）​**整洁无污染**。
    *   ​**搬运入室：​**​ 使用搬运装置将待处理基材移至运动平台堆叠，堆叠完成后平台通过导轨**移入真空室**。
    *   ​**堆叠顺序：​**​ 多个基材时，按**下至上顺序**堆叠。
    *   ​**位置精度：​**​ 基材间**最大错位量 ≤ 2mm**。
    *   ​**防污染：​**​ 搬运中**避免待处理表面接触**真空室内装置。
    *   ​**防干涉：​**​ 堆叠后**检查基材处理时与真空室内装置无接触**，否则需调整位置。

    ​**5.1.3 真空室抽真空 (Vacuum Chamber Evacuation)​**​
    *   ​**启动抽气：​**​ 关闭密封门后，启动真空泵抽真空。
    *   ​**目标真空度：​**​ 达到 ​**​(2~6) × 10⁻² Pa**。
    *   ​**泄漏检查：​**​ 若抽气超过1小时未达标，需**检测并修复真空仓泄漏点**。
    *   ​**持续维持：​**​ 在后续处理流程中，​**真空泵需持续工作以维持所需真空度**。

​**5.2 激光去氧化膜 (Laser Removal of Oxidized Film)​**​
*   ​**操作步骤需严格按顺序执行：​**​
    1.  ​**分离基材：​**​ 基材夹具夹紧上基材，升降装置将其**向上顶起 (分离距离：1m~1.5m)​**，使上基材下表面与下基材上表面分离。
    2.  ​**处理上基材下表面：​**​
        *   机械臂带动激光头至上下基材中间位置点。
        *   ​**激光扫描**上基材下表面，去除氧化膜。
        *   扫描完成后，机械臂移至下一点，​**直至该表面全部处理完成**。
    3.  ​**吹扫上基材表面：​**​ 激光扫描完成后，机械臂**带动喷嘴吹扫**清洗后的上基材下表面，去除残留灰分。
    4.  ​**调整激光头方向：​**​ 机械臂带动激光头和喷嘴**旋转180°**​ 对准下基材上表面。
    5.  ​**处理下基材上表面：​**​
        *   机械臂带动激光头至上下基材中间位置点。
        *   ​**激光扫描**下基材上表面，去除氧化膜。
        *   扫描完成后，机械臂移至下一点，​**直至该表面全部处理完成**。
    6.  ​**吹扫下基材表面：​**​ 激光扫描完成后，机械臂**带动喷嘴吹扫**清洗后的下基材上表面，去除残留灰分。
    7.  ​**复位装置：​**​
        *   ​**关闭**激光器和喷嘴阀门。
        *   机械臂**恢复至初始折叠位置**。
    8.  ​**安全操作：​**​ ​**激光器和喷嘴阀门不能同时开启**；机械臂运动时必须关闭二者。
    9.  ​**重新堆叠：​**​ 升降装置**向下运动**，将上基材**重新堆叠至下基材上**，确保**最大错位量 < 2mm**。
    10. ​**释放基材：​**​ 基材夹具**放开上基材**，升降装置**恢复初始位置**。
    11. ​**后续工序：​**​ 完成去氧化膜后，可进行**后续的真空电子束封焊**操作。

​总结：​​
该规范详细规定了金属构筑成形技术中真空激光去氧化膜工艺的全流程，包括严格的环境条件（真空度）、待处理基材的质量要求、关键设备（真空室、搬运装置、激光系统）的技术规格与安装要求，以及操作前准备（参数预调、基材堆叠、抽真空）和激光去氧化膜的具体操作步骤（分离-激光处理-吹扫-旋转-激光处理-吹扫-复位-堆叠）。其核心目标是确保高效、完全地去除大尺寸金属基材表面的氧化膜，为后续的真空封装和热锻结合创造最佳条件，从而提高构筑体的界面质量和整体生产效率。