钛合金材料在形成航空结构件或零部件的过程中会经历一系列的热加工或热处理,在高温环境中其表面容易与氧元素结合,形成一层氧化层,这层氧化层会严重影响钛合金后续的加工与使用,必须将其清理干净。传统清洗方法主要有机械打磨法、喷砂法、高压水射法以及酸洗法,这些方法有着工人劳动强度大、粉尘污染严重、浪费水资源、污染环境等诸多问题,难以满足不断增长的绿色工业清洗需求。而激光清洗作为一项新型清洗技术,具有智能可控、自动高效、绿色环保等优点,因此本文提出通过激光清洗去除钛合金在高温环境中生成的氧化层,以此推动激光清洗技术在航空工业中的应用。本文的主要研究内容如下:对TC4钛合金表面高温氧化层的厚度、成分以及物相进行检测,对激光清洗过程中产生的气溶胶颗粒的粒径与属性进行分析,通过宏观摄像与高速摄像明确激光与氧化层之间的交互作用机理,并以上述分析结果为基础,指导激光清洗有限元模型的建立。通过有限元模型探讨能量密度、扫描速度、脉冲宽度对温度场以及Ti O2氧化层去除厚度的影响,并对Ti O2氧化层的清洗阈值和完全去除阈值、纯TC4基体以及氧化TC4基体的烧损阈值进行理论计算。研究主要发现,扫描速度对峰值温度无影响,对热平衡温度以及达到热平衡状态所需时间有影响;而能量密度、脉冲宽度对峰值温度、热平衡温度以及达到热平衡状态所需时间都有影响。Ti O2氧化层的去除厚度随扫描速度减小、能量密度增加、脉冲宽度增加而增加。此外,Ti O2氧化层的清洗阈值与完全去除阈值、纯TC4以及氧化TC4的烧损阈值都随扫描速度的增大而增大,随脉冲宽度的增大而减小。当脉冲频率为600k Hz,扫描速度为3m/s,脉冲宽度为5ns时,Ti O2氧化层的清洗阈值与完全去除阈值分别为0.13J/cm~2与2.32J/cm~2,纯TC4基体的烧损阈值为0.56 J/cm~2、氧化TC4基体的烧损阈值为2.88 J/cm~2。以数值模拟的结果为指导开展工艺试验。研究能量密度、扫描速度、脉冲宽度对试样宏观清洗质量的影响,通过对比氧化层实际去除厚度与理论去除厚度验证模型准确性,选取合适参数进行工艺优化,并将激光清洗后的试样与传统方法清洗后的试样进行比较。研究结果表明,随着能量密度的增加、扫描速度的减小、脉冲宽度的增加,试样宏观清洗质量提升,试验测得的氧化层去除厚度与模拟结果相近,模型准确性较高。经合适的激光参数清洗后,试样表面露出银白色金属基体,氧化物基本除尽,氧含量大幅降低。与传统清洗方法对比发现,激光清洗试样的平整性优于机械打磨试样与酸洗试样。此外,由于受到激光清洗过程中的热作用影响,激光清洗试样的显微硬度显著高于机械打磨试样与酸洗试样。