碳纤维复合材料激光切割工艺分析

李金强

摘 要：在社会经济持续发展过程中，越来越多的碳纤维复合材料被应用到风电叶片的生产当中。与其他材料相比，通过加强碳纤维复合材料等有效应用，能够充分利用其轻质、高强、耐腐蚀的特征，有效提升風电叶片的整体质量。在碳纤维复合材料激光切割活动开展过程中，由于在工艺上存在一些问题，降低了该材料整体的应用效果。基于此，在本次研究中就结合碳纤维符合材料激光切割中存在的问题进行研究讨论，并提出相应的解决办法，全面加强碳纤维复合材料激光切割。

关键词：碳纤维;复合材料;激光切割;工艺分析

前言：作为一种由树脂作为基体，碳纤维作为增强体的复合材料，碳纤维复合材料具有很强的力学性能，同时还具有质量轻等诸多特征，在风电叶片生产中得到了关键的应用。在碳纤维复合材料的具体应用中，由于受到其本身性质的影响，具有高强度、高硬度、非均质的特点，传统的切割，钻孔加工方式，难以有效提升材料加工的整体效果，同时还会出现材料分层、纤维拔出、刀具磨损严重等一系列现象，对碳纤维复合材料的应用带来了许多负面影响。通过加强激光切割工艺的有效使用，综合考虑到碳纤维复合材料自身性质的影响，有效解决热影响区和锥度对碳纤维复合材料加工带来的影响，为碳纤维符合材料激光切割工作提供有效的工艺参考。

1碳纤维复合材料加工影响因素探析

通过使用激光切割工艺，有效提升碳纤维复合材料切割的整体效果。而在实际切割活动中，由于受到脉冲能量、频率、切割速度、气体压力等诸多客观因素的影响，降低了碳纤维复合材料切割的质量。在实验活动中，通过改变激光切割的速度，直接会影响到碳纤维复合材料单位时间内吸收能量的大小。碳纤维复合材料的切缝宽度正面切缝减小的幅度会随着激光切割速度的增大而减小，而背面切缝与正面恰好相反。在碳纤维复合材料加工活动开展过程中，当功率相对较低时，通过采用降低脉冲能量和降低重复频率这两种不同的方法，使得激光加工过程中机体蒸发区的蔓延减小[1]。而激光扫描路径、激光扫描的次数都会对碳纤维复合材料的切割带来直接影响。

2碳纤维复合材料切割中加强激光切割热影响分析策略

2.1热重分析

作为一种重要的热切割方式，在碳纤维复合材料切割活动中加强激光切割方法的使用，能够有效提升碳纤维切割的整体效果。而在实际的切割活动中，由于受到激光光斑的影响，对材料造成热损伤，并最终直接影响到碳纤维复合材料的刚度，强度和模量的特性。当温度在120℃～280℃时，在碳纤维复合材料结构过程中，激光切割并不会对环氧树脂基带来影响，而当温度高达600℃时，环氧树脂将会出现完全热解的现象[2]。因而，在碳纤维复合材料激光加工活动开展过程中，则需要综合考虑到材料自身热导率和燃烧效应，对整个激光切割活动带来的影响。在激光切割活动中，把氧气作为辅助气体，能够有效提升氧化热解的效果，同时提升碳纤维复合材料加工的整体水平。

2.2热变色及热传感器分析

而在碳纤维复合材料激光切割活动中，通过加强热变色热电偶技术的使用，能够有效获得碳纤维复合材料切割过程中内部温度场的变化信息。当温度高达447℃时，碳纤维复合材料基体会受到严重的损伤。通过做好热传感器的分析，在碳纤维复合材料激光切割的活动开展过程中，在距切分不同距离处嵌入相应的温度传感器，在平衡能量的情况下，加强比较复合材料没有吸收的能量以及复合材料切缝中升华的能量，加强热流模型的使用，有效测定热传导损耗激光功率。在碳纤维复合材料结构活动中，要充分考虑到复合材料合板内不同位置，不同层间等因素的影响，嵌入相应的温度传感器，加强激光切割加工过程的监控，有效了解碳纤维复合材料内部温度传递情况，并且能够借助一维热流模型，获取不同纤维度取向的平均温度。

2.3响应面法优化分析

在碳纤维材料激光切割活动开展过程中，通过加强响应面法优化分析工作，有效了解在碳纤维复合材料激光切割中，工艺参数所带来的影响。由于切割表面并没有足够的冷却时间，其功率强度会随着脉冲时间的持续增长而逐渐下降。在碳纤维符合材料激光切割活动中，较高的脉冲宽度和较低的脉冲重复频率能够有效减小HAZ的数值。在碳纤维复合材料激光切割活动中，热影响区有大小会随着脉冲能量变化而变化，整体呈现正比关系。而在激光切割工艺的具体有过程中，由于碳纤维复合材料的表面会覆盖由纤维和其他基体分解生产的碳，正是由于碳化残留物的存在，从而对激光切割的功率和记录速度带来了一定的影响。随着功率的增加和激光切割的速率降低，能够有效提升碳纤维复合材料激光切割的整体效果和质量，更加符合其实际的应用需求。通过加强对炭纤维复合材料激光切割热影响因素的分析，有效了解不同温度及切割速度对碳纤维复合材料切割活动带来的影响，综合考虑到激光多个参量的变化，提升碳纤维复合材料切割效果[3]。作为一种轻质高强度的新型材料，碳纤维复合材料在风电叶片生产中具有很大的市场潜能，由于受到制造成本和加工质量的影响，没有得到广泛的应用。通过加强工艺理论研究，为碳纤维复合材料的推广提供有效技术支持。

3结语

总之，在碳纤维复合材料激光切割活动开展过程中，通过加强激光切割工艺的有效应用，能够有效提升碳纤维复合材料加工的整体质量。在实际的切割和加工活动中，通过加强激光旋切方法的使用，有效提升加工的效率，减少热影响区对复合材料加工带来的影响。

参考文献：

[1]魏同学，王岗.碳纤维增强复合材料加工方法研究[J].合成材料老化与应用，2021，50（03）：86-89.

[2]李元成，张晓兵，张伟，许国栋，梁恒亮，邱一，刘壮.碳纤维复合材料皮秒激光切割性能研究[J].应用激光，2021，41（02）：245-251.

[3]蒋翼，陈根余，周聪，张焱.碳纤维复合材料皮秒激光切割工艺研究[J].激光技术，2017，41（06）：821-825.