激光切割碳纖維復(fù)合材料的試驗研究.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料（CFRP）具有比強度高、比剛度高，重量輕及可設(shè)計性等優(yōu)點，因此越來越多地被應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、體育用品、風(fēng)力發(fā)電、土木工程和醫(yī)療等領(lǐng)域。但由于它層間強度低、各向異性、硬度高、脆性大，使得CFRP的傳統(tǒng)機械加工容易出現(xiàn)刀具極易磨損、材料容易分層等問題，而且由于構(gòu)成CFRP的兩相材料熱學(xué)性能相差過大，導(dǎo)致激光切割CFRP不可避免地會存在一定程度的熱損傷，從而降低材料的力學(xué)性能。因此，研究如何降低激光切割CFRP的熱損傷

2、從而提高其切割質(zhì)量顯得非常有必要。
　　 本文利用500W毫秒脈沖Nd∶YAG激光器，開展了激光在空氣中和水下切割CFRP的試驗研究。探索了激光切割參數(shù)對切口質(zhì)量的影響規(guī)律;通過正交試驗設(shè)計，獲得了激光在空氣中和水下切割CFRP的最佳參數(shù)，并分別對其切割機理進行了分析研究;利用兩種激光切割方式的最佳參數(shù)加工試樣，并對其進行了層間剪切強度、膠接拉伸剪切強度和鉚接剪切強度試驗，對比分析了兩種切割方式得到的試樣的強度和破壞形式的差異。

3、
　　 采用單因素法分別開展了激光在空氣中和水下切割CFRP的試驗研究，試驗結(jié)果表明:首先，脈沖能量過大、頻率過高、切割速度過慢和氣體壓力過小都會導(dǎo)致材料的熱損傷加大;而脈沖能量過小、頻率過低、切割速度過快都會導(dǎo)致出現(xiàn)材料切割不透、背面切縫出現(xiàn)鋸齒狀和錐角過大等問題。其次，激光水下切割CFRP能很好地降低激光切割產(chǎn)生的熱損傷，但激光水下切割也會出現(xiàn)切縫錐角過大、背面切縫出現(xiàn)鋸齒狀和切割功率偏大等問題。最后，激光切割CFRP的切縫

4、特點為上寬下窄，激光在空氣中切割CFRP的熱影響區(qū)特點為上窄下寬，水下切割CFRP的熱影響區(qū)特點為上寬下窄。
　　 開展了激光在空氣中和水下切割CFRP的正交設(shè)計試驗研究，結(jié)果表明:激光在空氣中切割CFRP的最佳切割參數(shù)為:脈沖能量為1.7J，頻率為140Hz，切割速度為150mm/min，氣體壓力為0.6MPa;激光在水下切割CFRP的最佳切割參數(shù)為:脈沖能量為2.1J，頻率為130Hz，切割速度為130mm/min，氣體壓力

5、為0.5MPa。
　　 分別在空氣中和水下利用其最佳切割參數(shù)加工試樣，對試樣進行了層間剪切強度、膠接拉伸剪切強度和鉚接剪切強度強度的試驗，結(jié)果表明:激光在水下切割的CFRP試樣的層間剪切強度要比激光在空氣中切割的CFRP試樣大63.4％;激光在水下切割的CFRP試樣的膠接拉伸剪切強度比激光在空氣中切割的CFRP試樣大46.33％;激光在水下加工的CFRP試樣的鉚接剪切強度比激光在空氣中加工的CFRP試樣大34.6％。這說明激光在