碳纤维复合材料激光切割制孔工艺研究

碳纤维复合材料(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀等特点,在航空航天和汽车轻量化制造上被广泛应用,但CFRP的加工上依然面临着一些问题,如边沿毛刺、层间撕裂等。针对CFRP材料加工面临的问题,业内提出了一些新的加工方案,激光加工便是重要的一个解决方案。本文采用532nm波长的皮秒激光在碳纤维复合板上进行了激光切割制孔工艺的试验,对比了不同功率下激光旋转切割、平行填充切割以及十字填充切割3种不同的扫描方式对加工质量的影响。利用共聚焦显微镜对孔质量和热影响区进行了表征分析。试验结果表明,激光旋转切割的加工方式对CFRP的材料去除效率最高,锥度最小,热影响区较小。同时采用了D5766开孔拉伸标准,对3种不同工艺的激光扫描制孔样件及机械制孔样件进行了拉伸试验。相关研究为CFRP高质量的加工提供新的研究思路。

铝合金/碳纤维增强热塑性复合材料的激光对接焊研究

采用激光搅拌焊接对7075铝合金与碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)进行对接焊,分析了焊接工艺参数对接头连接强度的影响规律;对焊接接头的力学性能进行了测试,分析了影响接头强度的因素和接头的失效形式。结果表明:焊接速度对接头强度的影响最大,之后依次为离焦量、激光功率、搅拌振幅、搅拌频率和夹具气压;在最佳参数下得到的接头的连接强度为11.7 MPa,在此情况下接头断裂发生在CFRTP表层,接头的失效形式为CFRTP基体撕裂;测量了焊接时接头处的温度变化规律,温度过高或过低都会降低接头的强度;适当降低焊接速度能延长接头的高温存在时间,增加接头强度。

碳纤维增强热固性复合材料-钛合金激光连接接头性能分析

碳纤维增强热固性复合材料(CFRTS)和TC4钛合金具有较高的比强度和比刚性,轻量化效果十分明显,在航空航天、新能源汽车制造中应用广泛。为实现CFRTS与TC4钛合金的高强度连接,引入“激光清洗+树脂填充”的界面复合调控工艺。在CFRTS和TC4钛合金激光焊接之前,首先,采用脉冲光纤激光器对CFRTS表面进行激光清洗处理,去除表层的环氧树脂,使CFRTS中的碳纤维裸露出来;其次,利用脉冲光纤激光器对钛合金表面进行微织构处理,提升焊接时熔融树脂与TC4钛合金的接触面积并形成“咬合”结构;最后,在清洗后的CFRTS和钛合金接触面之间添加合适厚度的聚酰胺(PA)树脂,进行激光辅助焊接。研究了激光清洗工艺对接头连接强度的影响,对比分析了不同激光清洗工艺参数下CFRTS的表面形貌、PA树脂填充情况、接头断口形貌,结果表明,激光清洗CFRTS可以显著增强CFRTS-TC4钛合金接头的强度,最大拉伸强度可达23.77 MPa。