碳纖維強化塑料的激光加工

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碳纖維強化塑料的激光加工

CFRP（碳纖維強化塑料）復合材料的應用作為解決地球環(huán)境問題的方法受到廣泛關注。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復合材料。BMW公司也從2014年開始銷售采用CFRP的車型。現(xiàn)在日本、德國、美國、中國等都在大力研究使用最新的激光技術來加工CFRP材料。開發(fā)使用納米秒脈沖的Q開關YAG或高輝度SM光纖維激光對CFRP材料進行激光加工。

3種CFRP復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行CFRP的焊接和修補。

CW光纖維激光加工法。用6kW的光纖維激光切割CFRP時，如果采用連續(xù)振蕩激光切割，則會在切斷熱影響區(qū)域有＞1mm寬度的樹脂損傷部分。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，對噴氣式發(fā)動機的CFRP材質(zhì)消音板進行開孔加工。在0.8mm厚的CFRP板上開1600點直徑1.5mm的孔。采用平均功率為14W的 mμs脈沖激光，約5s加工一個孔。為實現(xiàn)汽車輕量化，把質(zhì)量為270g的CFRP蓄電池殼體熱沖成形后，進行激光修邊和激光打孔加工。

此外還介紹了利用激光進行CFRP焊接和修補的技術。

刊名：塑性と加工（日）

刊期：2014年第7期

作者：沓名宗春

編譯：郝長文