碳纤维强化塑料的激光加工



碳纤维强化塑料的激光加工

CFRP（碳纤维强化塑料）复合材料的应用作为解决地球环境问题的方法受到广泛关注。汽车的承载式结构车身采用CFRP材料，相比之前结构质量减轻30%～50%。丰田汽车公司的雷克萨斯FLA车型的承载式车身许多零部件都采用了CFRP复合材料。BMW公司也从2014年开始销售采用CFRP的车型。现在日本、德国、美国、中国等都在大力研究使用最新的激光技术来加工CFRP材料。开发使用纳米秒脉冲的Q开关YAG或高辉度SM光纤维激光对CFRP材料进行激光加工。

3种CFRP复合材料激光加工方法包括CW光纤维激光加工法、超短脉冲激光加工法和使用激光进行CFRP的焊接和修补。

CW光纤维激光加工法。用6kW的光纤维激光切割CFRP时，如果采用连续振荡激光切割，则会在切断热影响区域有＞1mm宽度的树脂损伤部分。为把损伤部位控制为最小，使用16kW的disk激光，以5m/s高速反复切割3mm厚的CFRP。虽然热影响部件也受到损伤，但损伤部分＜50μm。使用3kW的单模式光纤维激光，以20m/min的速度切割1.2mm厚的热塑性树脂CFRP，激光器功率300W，损伤可控制在5μm以下。

超短脉冲激光加工法。正在开发利用超短脉冲激光器，其具有μμs（10～12s）或mμs（10～9s）的脉冲宽度，用于切割CFRP。利用这种新激光加工技术，对喷气式发动机的CFRP材质消音板进行开孔加工。在0.8mm厚的CFRP板上开1600点直径1.5mm的孔。采用平均功率为14W的 mμs脉冲激光，约5s加工一个孔。为实现汽车轻量化，把质量为270g的CFRP蓄电池壳体热冲成形后，进行激光修边和激光打孔加工。

此外还介绍了利用激光进行CFRP焊接和修补的技术。

刊名：塑性と加工（日）

刊期：2014年第7期

作者：沓名宗春

编译：郝长文