【摘要】：鋁鋰合金憑借輕質(zhì)高強(qiáng)的特性成為航空航天領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的材料,相較于傳統(tǒng)鋁合金材料,鋁鋰合金密度更低,強(qiáng)度也更高,同時(shí)鋁鋰合金還具有疲勞裂紋擴(kuò)展速率低、高溫及低溫性能良好等特性。近幾年興起的光纖激光器,作為第三代激光器的代表,有著光電轉(zhuǎn)換率高,波長短,加工柔性高等傳統(tǒng)激光器無法比擬的優(yōu)勢,更進(jìn)一步推進(jìn)了激光切割向高精度高效率領(lǐng)域的應(yīng)用。然而關(guān)于采用光纖激光切割鋁鋰合金的研究鮮有報(bào)道。本文采用4k W光纖激光器對2.0mm厚2198鋁鋰合金進(jìn)行了單因素切割試驗(yàn),選取掛渣高度、切縫寬度、表面粗糙度作為切割質(zhì)量的評價(jià)指標(biāo),研究了典型的工藝參數(shù)(如離焦量、輔助氣壓、激光功率、切割速度等)對切割質(zhì)量的影響規(guī)律,得出離焦量-1.5 mm,輔助氣壓1.6 MPa,激光功率1000 W,切割速度3/min為連續(xù)激光模式下的優(yōu)化參數(shù)。在上述基礎(chǔ)上,還開展了脈沖激光切割正交試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)脈沖激光模式下能獲得更好的切割質(zhì)量,通過包括直觀分析、方差分析、信噪比分析在內(nèi)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對工藝參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化與設(shè)計(jì),最終的切割質(zhì)量為:掛渣高度0.087mm,表面粗糙度4.81μm,此時(shí)的工藝參數(shù)為激光功率1000W,切割速度1.8m/min,頻率150Hz,占空比80%,氣壓1.6MPa。激光加工的實(shí)際應(yīng)用中多針對三維復(fù)雜曲面件,在平板切割的基礎(chǔ)上本文還探討了影響切割質(zhì)量的兩個重要因素:光束入射角與光束姿態(tài)。同時(shí)基于高速攝像技術(shù)對切口前沿熔融金屬進(jìn)行了圖像的采集與分析,建立了切割條紋間距與工藝參數(shù)的關(guān)系模型,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一模型的準(zhǔn)確性:切割條紋間距隨激光功率、輔助氣體壓力的增大而減小。
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圖片說明： 燃油箱等部位[13]，上述部位越來越廣泛地采用鋁鋰合金大型壁板及蒙皮結(jié)構(gòu)裝配來。在鋁鋰合金整體壁板制造的過程中，激光切割以其高精度、高效率、可加工意三維復(fù)雜曲面等特點(diǎn)，在蒙皮下料、蒙皮的三維切割以及焊接整體件的余量切等方面發(fā)揮重要作用，完全可以替代沖孔、落料、修邊模具，縮短更新?lián)Q代周期同時(shí)具有切割精度高，質(zhì)量好，耐蝕等性能，因而擁有廣闊的應(yīng)用前景。全球應(yīng)用鋁鋰合金的領(lǐng)導(dǎo)者是空客公司，A380 飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)中鋁合金材料占達(dá) 62%，其中 2099 和 2196 鋁鋰合金位于地板橫梁上[14]，如圖 1-1 所示圖 1-1 鋁鋰合金在空客 A380 上的應(yīng)用
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圖片說明： 隨著航空航天業(yè)的高速發(fā)展，面向節(jié)能減排的大背景，人們對飛行器的重量、能源消耗等不斷提出新目標(biāo)，輕量化的重要途徑便是采用新型材料。鋁鋰合金的采用，對飛行器重量的減輕、續(xù)航能力的提高和機(jī)動性的增強(qiáng)、導(dǎo)彈射程的增加及減少能源消耗等均具有重要作用，因而獲得廣泛應(yīng)用。激光切割作為一種高精度的先進(jìn)制造技術(shù)在航天器制造的眾多工藝中脫穎而出，成為機(jī)身制造過程的不二選擇。目前鋁鋰合金應(yīng)用在飛機(jī)框架、豎直裝配面、襟翼翼肋、艙門、進(jìn)排氣道外口、燃油箱等部位[13]，上述部位越來越廣泛地采用鋁鋰合金大型壁板及蒙皮結(jié)構(gòu)裝配而來。在鋁鋰合金整體壁板制造的過程中，激光切割以其高精度、高效率、可加工任意三維復(fù)雜曲面等特點(diǎn)，在蒙皮下料、蒙皮的三維切割以及焊接整體件的余量切除等方面發(fā)揮重要作用，完全可以替代沖孔、落料、修邊模具，縮短更新?lián)Q代周期，同時(shí)具有切割精度高，質(zhì)量好，耐蝕等性能，因而擁有廣闊的應(yīng)用前景。全球應(yīng)用鋁鋰合金的領(lǐng)導(dǎo)者是空客公司，A380 飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)中鋁合金材料占比達(dá) 62%，其中 2099 和 2196 鋁鋰合金位于地板橫梁上[14]，如圖 1-1 所示
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG48

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本文編號：2513608