现代激光清洗技术在工业表面修复领域应用愈加广泛,相关理论和工艺在重大项目中占据重要位置。该技术以激光作为加工工具作用在污染层表面,在去除污染层的同时提高基底表面质量,具有高效环保,操作简单的特点。本文针对NC50石油管螺纹表面锈蚀层的激光清洗及工艺参数优化进行研究。通过微观检测得出锈蚀层的结构是由外部易脱落层和内部致密氧化层组成;基于锈蚀层与激光的相互作用,建立石油管螺纹表面锈蚀层的温升模型,研究激光去除锈蚀层的机理;基于机理推导的温升模型进行有限元热力学仿真与激光清洗实验;通过正交实验得出激光功率、扫描速度和离焦量三种因素对清洗效果的显著性排序;通过单因素实验得出不同参数下微观形貌、表面粗糙度和氧元素含量的变化趋势;为提高激光清洗质量,采用优化惯性权重的粒子群算法得到优化工艺参数组合和表面粗糙度的预测值,通过检测实验证明优化方法可行性,清洗效果较为良好。本文主要研究内容如下:（1）基于钢材腐蚀原理,得出NC50石油管螺纹表面锈蚀层的元素组成、物相和结构特性;基于锈蚀层表面吸附力形式,研究激光清洗锈蚀层颗粒的理论模型;建立锈蚀层表面温升数学模型并分析高斯激光作用在锈蚀层表面的共性机制;基于三种激光除锈机理研究除锈过程中基底表面形貌变化。（2）进行石油管螺纹表面锈蚀层激光清洗的热力学仿真。建立高斯脉冲激光有限元模型和NC50石油管螺纹三维模型,基于有限元热传导理论,研究不同激光参数下锈蚀层表面和基底的温度变化规律;温度场分析得出清洗阈值下锈蚀层表面达到气化温度,可去除一定厚度的锈蚀层;通过热力耦合分析得出激光除锈过程是多种机理共同作用的。有限元仿真数据可为后续的激光清洗实验提供理论依据。（3）采用脉冲激光器进行石油管螺纹表面锈蚀层的清洗实验。以表面粗糙度为判定标准,通过三因素五水平的正交实验研究激光功率、扫描速度和离焦量对石油管螺纹样件表面清洗效果的显著性排序,通过15组单因素实验研究不同参数下样件的微观形貌、氧元素含量、表面粗糙度的变化规律,为工业中NC50石油管螺纹的激光除锈提供理论指导。（4）对石油管螺纹表面锈蚀层的激光清洗进行工艺参数优化。将表面粗糙度设为优化目标,响应面法得出优化目标与三种因素之间的数学模型;对粒子群算法中的惯性权重进行动态优化。将数学模型与优化后的粒子群算法结合得出优化工艺参数组合,通过微观检测实验证明清洗质量较好,优化结果可为工业中NC50石油管螺纹表面锈蚀层的激光清洗提供工艺指导。