碳纖維復合材料激光切割工藝分析

李金強

摘 要：在社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展過程中，越來越多的碳纖維復合材料被應(yīng)用到風電葉片的生產(chǎn)當中。與其他材料相比，通過加強碳纖維復合材料等有效應(yīng)用，能夠充分利用其輕質(zhì)、高強、耐腐蝕的特征，有效提升風電葉片的整體質(zhì)量。在碳纖維復合材料激光切割活動開展過程中，由于在工藝上存在一些問題，降低了該材料整體的應(yīng)用效果。基于此，在本次研究中就結(jié)合碳纖維符合材料激光切割中存在的問題進行研究討論，并提出相應(yīng)的解決辦法，全面加強碳纖維復合材料激光切割。

關(guān)鍵詞：碳纖維;復合材料;激光切割;工藝分析

前言：作為一種由樹脂作為基體，碳纖維作為增強體的復合材料，碳纖維復合材料具有很強的力學性能，同時還具有質(zhì)量輕等諸多特征，在風電葉片生產(chǎn)中得到了關(guān)鍵的應(yīng)用。在碳纖維復合材料的具體應(yīng)用中，由于受到其本身性質(zhì)的影響，具有高強度、高硬度、非均質(zhì)的特點，傳統(tǒng)的切割，鉆孔加工方式，難以有效提升材料加工的整體效果，同時還會出現(xiàn)材料分層、纖維拔出、刀具磨損嚴重等一系列現(xiàn)象，對碳纖維復合材料的應(yīng)用帶來了許多負面影響。通過加強激光切割工藝的有效使用，綜合考慮到碳纖維復合材料自身性質(zhì)的影響，有效解決熱影響區(qū)和錐度對碳纖維復合材料加工帶來的影響，為碳纖維符合材料激光切割工作提供有效的工藝參考。

1碳纖維復合材料加工影響因素探析

通過使用激光切割工藝，有效提升碳纖維復合材料切割的整體效果。而在實際切割活動中，由于受到脈沖能量、頻率、切割速度、氣體壓力等諸多客觀因素的影響，降低了碳纖維復合材料切割的質(zhì)量。在實驗活動中，通過改變激光切割的速度，直接會影響到碳纖維復合材料單位時間內(nèi)吸收能量的大小。碳纖維復合材料的切縫寬度正面切縫減小的幅度會隨著激光切割速度的增大而減小，而背面切縫與正面恰好相反。在碳纖維復合材料加工活動開展過程中，當功率相對較低時，通過采用降低脈沖能量和降低重復頻率這兩種不同的方法，使得激光加工過程中機體蒸發(fā)區(qū)的蔓延減小[1]。而激光掃描路徑、激光掃描的次數(shù)都會對碳纖維復合材料的切割帶來直接影響。

2碳纖維復合材料切割中加強激光切割熱影響分析策略

2.1熱重分析

作為一種重要的熱切割方式，在碳纖維復合材料切割活動中加強激光切割方法的使用，能夠有效提升碳纖維切割的整體效果。而在實際的切割活動中，由于受到激光光斑的影響，對材料造成熱損傷，并最終直接影響到碳纖維復合材料的剛度，強度和模量的特性。當溫度在120℃～280℃時，在碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)過程中，激光切割并不會對環(huán)氧樹脂基帶來影響，而當溫度高達600℃時，環(huán)氧樹脂將會出現(xiàn)完全熱解的現(xiàn)象[2]。因而，在碳纖維復合材料激光加工活動開展過程中，則需要綜合考慮到材料自身熱導率和燃燒效應(yīng)，對整個激光切割活動帶來的影響。在激光切割活動中，把氧氣作為輔助氣體，能夠有效提升氧化熱解的效果，同時提升碳纖維復合材料加工的整體水平。

2.2熱變色及熱傳感器分析

而在碳纖維復合材料激光切割活動中，通過加強熱變色熱電偶技術(shù)的使用，能夠有效獲得碳纖維復合材料切割過程中內(nèi)部溫度場的變化信息。當溫度高達447℃時，碳纖維復合材料基體會受到嚴重的損傷。通過做好熱傳感器的分析，在碳纖維復合材料激光切割的活動開展過程中，在距切分不同距離處嵌入相應(yīng)的溫度傳感器，在平衡能量的情況下，加強比較復合材料沒有吸收的能量以及復合材料切縫中升華的能量，加強熱流模型的使用，有效測定熱傳導損耗激光功率。在碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)活動中，要充分考慮到復合材料合板內(nèi)不同位置，不同層間等因素的影響，嵌入相應(yīng)的溫度傳感器，加強激光切割加工過程的監(jiān)控，有效了解碳纖維復合材料內(nèi)部溫度傳遞情況，并且能夠借助一維熱流模型，獲取不同纖維度取向的平均溫度。

2.3響應(yīng)面法優(yōu)化分析

在碳纖維材料激光切割活動開展過程中，通過加強響應(yīng)面法優(yōu)化分析工作，有效了解在碳纖維復合材料激光切割中，工藝參數(shù)所帶來的影響。由于切割表面并沒有足夠的冷卻時間，其功率強度會隨著脈沖時間的持續(xù)增長而逐漸下降。在碳纖維符合材料激光切割活動中，較高的脈沖寬度和較低的脈沖重復頻率能夠有效減小HAZ的數(shù)值。在碳纖維復合材料激光切割活動中，熱影響區(qū)有大小會隨著脈沖能量變化而變化，整體呈現(xiàn)正比關(guān)系。而在激光切割工藝的具體有過程中，由于碳纖維復合材料的表面會覆蓋由纖維和其他基體分解生產(chǎn)的碳，正是由于碳化殘留物的存在，從而對激光切割的功率和記錄速度帶來了一定的影響。隨著功率的增加和激光切割的速率降低，能夠有效提升碳纖維復合材料激光切割的整體效果和質(zhì)量，更加符合其實際的應(yīng)用需求。通過加強對炭纖維復合材料激光切割熱影響因素的分析，有效了解不同溫度及切割速度對碳纖維復合材料切割活動帶來的影響，綜合考慮到激光多個參量的變化，提升碳纖維復合材料切割效果[3]。作為一種輕質(zhì)高強度的新型材料，碳纖維復合材料在風電葉片生產(chǎn)中具有很大的市場潛能，由于受到制造成本和加工質(zhì)量的影響，沒有得到廣泛的應(yīng)用。通過加強工藝理論研究，為碳纖維復合材料的推廣提供有效技術(shù)支持。

3結(jié)語

總之，在碳纖維復合材料激光切割活動開展過程中，通過加強激光切割工藝的有效應(yīng)用，能夠有效提升碳纖維復合材料加工的整體質(zhì)量。在實際的切割和加工活動中，通過加強激光旋切方法的使用，有效提升加工的效率，減少熱影響區(qū)對復合材料加工帶來的影響。

參考文獻：

[1]魏同學，王崗.碳纖維增強復合材料加工方法研究[J].合成材料老化與應(yīng)用，2021，50（03）：86-89.

[2]李元成，張曉兵，張偉，許國棟，梁恒亮，邱一，劉壯.碳纖維復合材料皮秒激光切割性能研究[J].應(yīng)用激光，2021，41（02）：245-251.

[3]蔣翼，陳根余，周聰，張焱.碳纖維復合材料皮秒激光切割工藝研究[J].激光技術(shù)，2017，41（06）：821-825.