为了进一步阐明铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的激光清洗机制，揭示扫描速度对激光除漆的影响规律，首先采用万能试验机测定了漆层强度极限，结合多种技术手段分析研究了单脉冲热-力耦合COMSOL仿真与清洗实验结果，探究了四种扫描速度（1000、900、800、700 mm/s）下除漆表面宏微观形貌及成分变化。结果显示：单脉冲除漆凹坑内存在明显分层与碎裂，除漆最大深度和宽度分别为34.3 μm和125 μm；漆层强度极限为2.68×10⁷ Pa，与热应力仿真结果接近；随着扫描速度逐步降低，漆层去除深度不断增大，氧化膜逐步显现，面漆着色剂（β型铜酞菁）与漆层功能性氧化粒子的沉积量逐渐增加。研究表明：单脉冲激光除漆过程主要包括烧蚀、热应力和等离子体冲击三种除漆机制；随着扫描速度的逐渐降低，烧蚀除漆效果逐渐增强，等离子体冲击除漆效果逐步减弱，热应力除漆效果保持不变。

采用脉冲激光器，开展了航空铝合金表面漆层去除试验，通过外观检查、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、原位温度检测、力学性能检测和高周疲劳试验，研究了激光清洗工艺对航空铝合金组织、力学及疲劳性能的影响规律。结果表明：当激光功率和脉冲频率分别为80 W和100 kHz时，可去除铝合金表面环氧底漆涂层，但试样表面仍有漆层残余。当激光功率和脉冲频率分别达到500 W和500 kHz时，表面温度最高不超过115 ℃，未观察到明显的热影响区，材料表面10 μm深度范围内的组织出现部分烧蚀和熔化现象。激光清洗后，材料的硬度增加，并且随着激光功率、频率、能量密度的增加，硬度增幅逐渐减小。拉伸性能结果显示，激光清洗后的试样抗拉强度、屈服强度和延伸率较空白试样均略微下降。高周疲劳试验结果表明，与空白试样相比，激光清洗后的带漆试样的疲劳性能下降11.76%，这主要是激光清洗造成了表面粗糙度增加。经阳极氧化和喷漆处理后，激光清洗去漆不会进一步增加阳极氧化造成的疲劳损伤。

激光清洗碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）表面涂层一直面临着形貌破坏与基体过热的风险。为了明晰工艺参数对激光清洗CFRP飞机蒙皮表面油漆的影响规律，探究CFRP表面油漆的激光清洗机理，进行了红外纳秒激光清洗CFRP表面油漆的实验。首先利用田口正交阵列开展了不同参数下的清洗实验。随后采用信噪比（S/N）与方差分析（ANOVA）探讨了激光功率、扫描速度、搭接率与重复频率等工艺参数对油漆清洗深度、表面粗糙度和清洗温度的影响。最后借助红外热成像与高速摄像技术，对激光清洗过程中的温度响应、羽流形成与消逝及漆层动态行为进行了观测。研究结果表明：搭接率是影响清洗深度、表面粗糙度和清洗温度的最主要参数，扫描速度与激光功率的影响同样显著，而重复频率的影响不显著。CFRP表面油漆的激光去除机制主要以激光热效应造成的热烧蚀、气化为主。

开展激光高效清洗基础理论及装备的研究是对《中国制造2025》纲要的具体落实，符合我国可持续发展战略，有利于提高航空航天、轨道交通、海洋船舶等装备的自动化程度，对于我国产业结构的升级与优化具有重要意义。尽管国外发达国家在激光清洗的基础理论、工艺探索、工程应用方面开展了大量的工作，但仍普遍存在构件清洗效率低、耦合机制不清晰、评价标准和在线监测技术有待完善等问题。针对我国航天、高铁、海洋等领域对激光清洗的重大需求，以航天新一代固液冲压发动机的TA15 钛合金进气道、高铁车体特征件和转向架零部件、海洋船舶制造中的舱口盖等大型复杂构件为研究对象，介绍了激光清洗机制及工艺、清洗过程中多元参数的在线监测、清洗智能装备技术等方面的研究进展，以期为我国未来智能激光制造的可持续发展提供一定参考。

为了解决激光清洗除锈过程中传统锈蚀识别方法应用于不同锈蚀图像时灵活性差的问题，提出了基于MLP（Muti-layer perception）神经网络的锈蚀激光清洗检测方法。搭建了激光清洗机器视觉检测系统，采用MLP神经网络识别锈蚀图像。研究结果表明，所使用的MLP神经网络模型对不同锈蚀程度、不同光照条件下采集的锈蚀图像的识别结果对实际锈蚀的覆盖率超过95%，误识别率小于6%。采用图像的开运算操作消除误识别的微小区域，根据视觉检测结果生成最小外接矩形，并将其作为激光清洗的感兴趣区域，最终的感兴趣区域对锈蚀的覆盖率接近100%。该方法对提高激光除锈过程的检测效率，促进激光除锈过程自动化具有一定的意义。

采用1080 nm连续激光器对Q235B碳钢上的锈蚀层进行清洗，研究了激光功率以及清洗速度对清洗后试样的表面宏观与微观形貌的影响，分析了不同工艺参数对粗糙度的影响规律，并对清洗后的试样表面进行截面金相观察、元素含量以及物相分析，并结合电化学分析以及硬度检测发现，在清洗速度恒为100 mm·s^-1、激光功率为4 kW时，试样表面粗糙度最小为3.94 μm，Fe含量处于峰值，O含量处于谷值，激光清洗效果最好。当激光功率恒为7 kW、清洗速度由100 mm·s^-1增至500 mm·s^-1时，试样表面粗糙度先减小后增大，在清洗速度为400 mm·s^-1时达到最小为3.68 μm，此时激光单次扫描就能完全清洗锈蚀层，其清洗效率为20.6 m²/h。清洗后的基材表面产生重熔层，这使得锈蚀层清洗后基材表面的耐腐蚀性有相应提高，且其硬度在激光功率为7 kW、清洗速度为100 mm·s^-1时相比钢材本身提升接近4倍。在Ansys中建立连续矩形光斑激光清洗模型，并与实验结果对比分析，可以通过该模型为高功率连续激光清洗工艺参数提供选择和效果预估。

为防止激光清洗瓷质绝缘子过程中基底发生损伤, 开展激光辐照下瓷质绝缘子损伤试验。采用1 064 nm脉冲激光辐照于瓷质绝缘子表面, 探究不同能量密度、脉冲个数以及不同辐照时间下瓷质绝缘子的损伤规律, 并对瓷质绝缘子表面开展振镜扫描试验, 利用图像法确定瓷质绝缘子的激光损伤阈值。试验结果表明, 激光定点辐照下, 随着激光能量密度的提高、脉冲数的增加、辐照时间的增加, 绝缘子表面坑洞直径逐渐增大, 最后趋于定值, 约为聚焦光斑直径的1.3倍; 减小扫描速度, 损伤形貌由斑点状变化至条纹状, 粗糙度随能量密度的增大、速度的减小而增大; 基于图像法的瓷质绝缘子损伤判据, 得到损伤能量密度阈值。

金属材料在海洋环境下服役时表面会产生海洋生物污损，严重影响材料的服役寿命，必须对其进行定期清理。以30Cr3高强钢表面海洋生物膜层为清洗对象，采用纳秒脉冲激光清洗海洋生物膜层，对比分析海洋生物膜层激光清洗前后的宏观形貌、微观形貌、元素组成与表面粗糙度，通过高速摄像设备观察清洗过程中的脱附行为，探究不同激光能量密度对海洋生物膜层激光清洗质量与脱附行为的影响。结果表明：黄海海域中浸泡的高强钢表面海洋生物膜层包含主要由有机成分构成的胞外聚合物（EPS）层和主要由石灰质构成的表面硬质附着物两种组分，在不损伤基材的前提下，纳秒脉冲激光清洗高强钢表面海洋生物膜层的效果随激光能量密度的增大而增强，采用9.95 J/cm²的激光能量密度清洗效果最佳，清洗后表面无海洋生物膜层成分残留，表面粗糙度S_a=17.31 μm，较清洗前下降约47.8%，其中，EPS层主要通过烧蚀分解去除，而表面硬质附着物主要通过热弹性振动从表面剥落去除。

采用纳秒脉冲光纤激光器对2A12铝合金基材表面丙烯酸聚氨酯复合漆层进行了激光清洗实验，研究了不同y向搭接率（η_y）对除漆效果的影响。结果表明，当η_y为0和20%时，面漆全部去除，底漆部分去除；当η_y=40%时，仅少量底漆残留，大部分氧化膜被破坏，基材显露；当η_y=60%时，复合漆层全部去除，基材烧损。研究发现，随着η_y值逐渐增大，清洗表面烧蚀现象明显增加，漆层烧蚀气化将导致面漆着色剂和功能氧化粒子脱漆沉积于烧蚀凹坑表面；清洗表面残余漆层形成了凹坑-间隔-凹坑的清洗特征，表明清洗过程中烧蚀-等离子冲击（屏蔽）-烧蚀交替进行，烧蚀与等离子冲击作用均会对清洗表面产生热影响，导致残余漆层丙烯酸树脂链段自由基发生位置重排，同时诱发残余漆层产生热应力除漆机制；激光等离子冲击和热应力破坏是导致清洗表面残余漆层碎裂分层或物理剥离的主要原因。