【摘要】：鋁鋰合金憑借輕質高強的特性成為航空航天領域應用最為廣泛的材料,相較于傳統(tǒng)鋁合金材料,鋁鋰合金密度更低,強度也更高,同時鋁鋰合金還具有疲勞裂紋擴展速率低、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,更進一步推進了激光切割向高精度高效率領域的應用。然而關于采用光纖激光切割鋁鋰合金的研究鮮有報道。本文采用4k W光纖激光器對2.0mm厚2198鋁鋰合金進行了單因素切割試驗,選取掛渣高度、切縫寬度、表面粗糙度作為切割質量的評價指標,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)。在上述基礎上,還開展了脈沖激光切割正交試驗,發(fā)現(xiàn)脈沖激光模式下能獲得更好的切割質量,通過包括直觀分析、方差分析、信噪比分析在內的數(shù)理統(tǒng)計方法對工藝參數(shù)進行進一步的優(yōu)化與設計,最終的切割質量為:掛渣高度0.087mm,表面粗糙度4.81μm,此時的工藝參數(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。激光加工的實際應用中多針對三維復雜曲面件,在平板切割的基礎上本文還探討了影響切割質量的兩個重要因素:光束入射角與光束姿態(tài)。同時基于高速攝像技術對切口前沿熔融金屬進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)的關系模型,并通過實驗驗證了這一模型的準確性: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構裝配來。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、可加工意三維復雜曲面等特點，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代周期同時具有切割精度高，質量好，耐蝕等性能，因而擁有廣闊的應用前景。全球應用鋁鋰合金的領導者是空客公司，A380 飛機機身結構中鋁合金材料占達 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，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)航能力的提高和機動性的增強、導彈射程的增加及減少能源消耗等均具有重要作用，因而獲得廣泛應用。激光切割作為一種高精度的先進制造技術在航天器制造的眾多工藝中脫穎而出，成為機身制造過程的不二選擇。目前鋁鋰合金應用在飛機框架、豎直裝配面、襟翼翼肋、艙門、進排氣道外口、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構裝配而來。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、可加工任意三維復雜曲面等特點，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，同時具有切割精度高，質量好，耐蝕等性能，因而擁有廣闊的應用前景。全球應用鋁鋰合金的領導者是空客公司，A380 飛機機身結構中鋁合金材料占比達 62%，其中 2099 和 2196 鋁鋰合金位于地板橫梁上[14]，如圖 1-1 所示
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG48

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本文編號：2513608