探索激光切割技术对铝合金材料力学性能和疲劳性能的影响

2017-2-14 10:57:51

为了探索激光切割技术对铝合金材料力学性能和疲劳性能的影响，采用试验分析方法，用机械铣削和激光切割方法分别制备了两类试件，对其进行了拉伸试验、疲劳寿命试验以及切割表面质量评估。对比分析了两种加工方式对其力学性能和疲劳寿命的影响，分析结果表明：经过激光切割后铝合金材料的抗拉强度、延伸率均有所下降，但屈服强度稍有增加；激光切割后的疲劳寿命比机械铣削试件疲劳寿命短，但切缝若经过打磨处理，其寿命又高于不打磨的试件寿命；同时通过表面精度测量分析，激光加工铝合金虽然存在挂渣，但仍有较高的表面质量。

近年来激光切割技术广泛应用于各种加工领域，如激光切割、激光焊接、激光制孔、激光雕刻、激光3D打印、光化学沉积、立体光刻、激光雕刻刻蚀等。国外汽车生产过程中，普遍采用三维激光切割机对覆盖件、门板等进行精确切边，再采用激光焊接机械手进行高质量自动焊接，不仅确保产品质量，而且生产效率极高。尽管如此，但对于具有高反射率的材料，如铝合金，由于对激光束能量吸收率低，切割质量难以控制，容易出现热致微裂纹、挂渣、条纹等现象，直接影响切割缝表面质量、尺寸精度以及力学性能等。

本文以飞机蒙皮材料2A12硬铝合金为例，主要探索高反射率材料激光切割后力学性能和寿命的变化情况，并与常规机械加工的试件进行对比，分析变化原因，以确定激光加工这一先进制造技术是否可以应用到高反射率材料的加工。

结论

1)用两种不同的切割方式加工2A12硬铝合金试件,进行了力学性能试验，发现两种加工方式下的试件抗拉强度都比原始材料要小，抗拉强度小了50～55MPa；但屈服强度增加了近70～80MPa；

2)在试验给定的工艺参数下，激光切割后，切割面的表面粗糙度为R=1．342～2．519μm，切缝挂渣尺寸平均值为0．8935mm，适于中等精度加工，但可以通过改进工艺方法、改变表面特性提高加工质量；

3)发现激光切割2A12硬铝合金试件，其疲劳寿命比机械铣削短，但对切缝进行打磨处理后的寿命又高于没有打磨处理的试件寿命。