碳纖維強(qiáng)化塑料的激光加工

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碳纖維強(qiáng)化塑料的激光加工

CFRP（碳纖維強(qiáng)化塑料）復(fù)合材料的應(yīng)用作為解決地球環(huán)境問(wèn)題的方法受到廣泛關(guān)注。汽車的承載式結(jié)構(gòu)車身采用CFRP材料，相比之前結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕30%～50%。豐田汽車公司的雷克薩斯FLA車型的承載式車身許多零部件都采用了CFRP復(fù)合材料。BMW公司也從2014年開(kāi)始銷售采用CFRP的車型。現(xiàn)在日本、德國(guó)、美國(guó)、中國(guó)等都在大力研究使用最新的激光技術(shù)來(lái)加工CFRP材料。開(kāi)發(fā)使用納米秒脈沖的Q開(kāi)關(guān)YAG或高輝度SM光纖維激光對(duì)CFRP材料進(jìn)行激光加工。

3種CFRP復(fù)合材料激光加工方法包括CW光纖維激光加工法、超短脈沖激光加工法和使用激光進(jìn)行CFRP的焊接和修補(bǔ)。

CW光纖維激光加工法。用6kW的光纖維激光切割CFRP時(shí)，如果采用連續(xù)振蕩激光切割，則會(huì)在切斷熱影響區(qū)域有＞1mm寬度的樹(shù)脂損傷部分。為把損傷部位控制為最小，使用16kW的disk激光，以5m/s高速反復(fù)切割3mm厚的CFRP。雖然熱影響部件也受到損傷，但損傷部分＜50μm。使用3kW的單模式光纖維激光，以20m/min的速度切割1.2mm厚的熱塑性樹(shù)脂CFRP，激光器功率300W，損傷可控制在5μm以下。

超短脈沖激光加工法。正在開(kāi)發(fā)利用超短脈沖激光器，其具有μμs（10～12s）或mμs（10～9s）的脈沖寬度，用于切割CFRP。利用這種新激光加工技術(shù)，對(duì)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的CFRP材質(zhì)消音板進(jìn)行開(kāi)孔加工。在0.8mm厚的CFRP板上開(kāi)1600點(diǎn)直徑1.5mm的孔。采用平均功率為14W的 mμs脈沖激光，約5s加工一個(gè)孔。為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，把質(zhì)量為270g的CFRP蓄電池殼體熱沖成形后，進(jìn)行激光修邊和激光打孔加工。

此外還介紹了利用激光進(jìn)行CFRP焊接和修補(bǔ)的技術(shù)。

刊名：塑性と加工（日）

刊期：2014年第7期

作者：沓名宗春

編譯：郝長(zhǎng)文