激光切割碳纖維復合材料的難點和應用

時間：2020-09-29

01激光切割技術VS碳纖維復合材料

碳纖維，因其具有高強度、高模量、密度小、耐急冷、急熱、耐酸、耐油、耐腐蝕等優(yōu)異性能，被譽為新材料領域“皇冠上的明珠”，是航空航天、軌道交通、船舶車輛、新能源、**醫(yī)療等諸多**制造業(yè)領域不可或缺的關鍵材料。

隨著汽車、航空航天、**醫(yī)療等領域的快速發(fā)展，碳纖維復合材料因其*特的性能優(yōu)勢而被廣泛應用，這使得市場需求不斷擴大，從而推動了激光技術的快速發(fā)展。

近年來，激光切割技術發(fā)展速度很快，**上每年都以20%~30%的速度增長。激光切割技術是激光加工行業(yè)中比較重要的一項應用技術，由于碳纖維具有高熱傳導率，使得傳統(tǒng)技術很難進行加工，因此激光切割技術在碳纖維的發(fā)展制造過程中發(fā)揮了很大的作用。

盡管激光切割技術在碳纖維的制造中應用廣泛，但依然存在難點和挑戰(zhàn)。

02激光切割碳纖維的難點分析及重點因素

激光切割作為一種成熟的熱加工工藝，已經成功應用于金屬和非金屬的加工。但是，碳纖維復合材料基體熱性能迥異，導致激光加工材料難度較大。因此，在加工過程中，也存在一些難點，主要表現在加工后會發(fā)生一系列熱損傷問題，如熱影響區(qū)過大、纖維拔出、材料分層等。

激光切割碳纖維復合材料的切割質量的重要指標：

1錐角大小

2切縫寬度

3正面及背面碳纖維拔出長度

需要注意的重點因素：

1、激光焦點位置

當激光切割的光束聚集成很小的光斑時，光斑處的能量密度會非常高，繼而會切出非常窄的切縫，因此激光切割碳纖維需要焦點處光斑的直徑越小越好。

2、激光切割速度

激光切割碳纖維速度的選擇不僅與激光切割參數有關，較與碳纖維的厚度和碳纖維對激光的吸收率有關。對于功率一定的激光切割設備，如果碳纖維厚度越厚，為了獲取較好的切割質量，激光切割碳纖維時就必須降低切割速度，這也使得激光切割碳纖維所需時間變長，碳纖維很有可能會過燒，加工質量因此降低;如果想要提高加工效率，勢必會引發(fā)由于碳纖維吸收能量增加導致的切縫和熱影響變大的問題。

3、激光切割功率

激光切割功率過大，會導致碳纖維工件吸收能量過多，碳纖維的熱影響區(qū)和切縫增大，影響激光切割的質量。因此，激光切割功率是影響激光切割質量較主要的因素，決定脈沖激光功率的主要參數是脈沖頻率和能量，所以在利用激光切割碳纖維時，必須要同時調整好這兩個參數。

4、激光切割波長

碳纖維對激光能量吸收率的大小與激光波長有很大的關系，而激光切割的前提就是材料吸收激光能量，從而切透材料。因此，碳纖維對激光能量吸收率的大小決定了激光切割的能量利用率，繼而影響了激光切割質量。

5、氣體壓力

激光切割碳纖維時，聚焦的激光與輔助氣體通過噴嘴到達碳纖維材料表面，此時氣流束的要求是流量大、速度快。氣體壓力過大，會導致氣流形成絮流，使氣流降溫和吹除熔融材料的能力降低;如果氣體壓力過小，則會讓氣體流量變小速度變慢，導致無法徹底吹除切縫處的熔融材料，切縫斷面變的粗糙不平整。所以氣體壓力一定要適中，這樣才能有較好的切割質量。

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