碳纤维增强复合材料与6061铝合金激光连接仿真

为研究碳纤维增强复合材料和铝合金搭接激光焊接过程的温度变化规律,文中以6061铝合金和碳纤维增强尼龙66复合材料(CF/PA66)为研究对象,建立了基于热传导的有限元模型,使用SYSWELD软件对两种材料搭接激光焊接过程进行数值模拟,并通过试验验证了模型的准确性;在此基础上研究了激光功率、焊接速度、搭接宽度、冷却条件、工装导热条件对接头温度场的影响规律;研究发现,CF/PA66树脂熔化区域随着激光功率的增大而增加,随冷却速度的增大而减小,同种工艺参数下材料搭接尺寸对界面树脂最大熔化宽度无影响,水冷条件能够显著降低CF/PA66树脂熔化量,导热材料热导率越大,对PA66树脂熔化量的降低作用越显著.     

碳纤维预浸料超声切割工艺

对碳纤维预浸料超声切割工艺进行了研究。在超声切割过程中,为了保证切割质量,对切割压力仍有一定的要求。超声切割功率的提高,有利于减小切割压力,拓宽切割速度范围。实验结果表明,对于纤维预浸料的切割与下料,超声切割技术是一种可获得高质量、高效率的加工方法。     

4130钢的CO2激光切割质量

研究了在CO2激光切割系统上切割的4130钢试样，以及功率和进给率对切缝宽度、表面粗糙度、条带频率和热影响区大小的组合影响。用回归分析研制了能描述独立工艺过程参数对激光切割质量影响的模型。对于试验的工作条件范围，观察到主要是功率影响切缝宽度和热影响区大小，而进给速率的影响是次要的。另一方面，表面粗糙度和条纹出现率受进给速率的影响最大。在低功率级时，可获得最小的切缝宽度和热影响区，并且进给速率的影响为中等。低进给速率可获得良好的表面粗糙度和低条纹出现频率。为了得到最佳的切割质量，切缝宽度、热影响区和表面粗糙度应保持最小。但是，在保持高生产率时不能满足符合这些要求的工作条件。     

纤维增强热塑性树脂复合材料与激光连接研究进展

为研究碳纤维增强复合材料和铝合金搭接激光焊接过程的温度变化规律,文中以6061铝合金和碳纤维增强尼龙66复合材料(CF/PA66)为研究对象,建立了基于热传导的有限元模型,使用SYSWELD软件对两种材料搭接激光焊接过程进行数值模拟,并通过试验验证了模型的准确性;在此基础上研究了激光功率、焊接速度、搭接宽度、冷却条件、工装导热条件对接头温度场的影响规律;研究发现, CF/PA66树脂熔化区域随着激光功率的增大而增加,随冷却速度的增大而减小,同种工艺参数下材料搭接尺寸对界面树脂最大熔化宽度无影响,水冷条件能够显著降低CF/PA66树脂熔化量,导热材料热导率越大,对PA66树脂熔化量的降低作用越显著.

     

激光低速切割对热影响区宽度和表面粗糙度的影响

设计AISI 316L不锈钢激光低速切割实验,研究在较低切割速度条件下,切割表面热影响区宽度和表面粗糙度的变化规律,提出适用于生产制造的激光切割工艺参数。研究发现:切割速度对表面粗糙度、热影响区宽度和表面宏观缺陷有显著影响;随着切割速度的降低,热影响区宽度随之增加;如果对切割表面的表面质量要求不高,且不再对切割表面进行再加工,建议采用最大切割速度;如果对表面质量要求高于对热影响区宽度的要求,则建议采用低于最大切割速度的切割速度。     

激光热应力控制断裂切割技术的研究进展

总结和分析了激光热应力控制断裂切割技术(激光热裂切割技术)的基本原理、技术特点以及优缺点。针对激光热裂切割技术存在的问题,详细阐述了近20年来发展起来的以热应力控制断裂为基本原理的激光切割改进技术,包括辅助激光热裂切割技术(水冷、预弯曲辅助等)、双激光束热裂切割技术、激光隐形切割技术、激光多焦点热裂切割技术、超短脉冲激光热裂切割技术、基于热应力法微波切割技术和适用于非对称切割材料(包括非对称直线切割、折线切割、曲线切割等)的激光切割路线偏离矫正技术。通过对比和分析各类切割技术的优缺点,希望为激光热裂控制切割脆性材料技术的进一步探索和研究提出可行性思路。最后,在此基础上对激光热裂切割脆性材料存在的问题和发展前景进行总结并提出相关建议。     

钛合金的激光切割

介绍了用1.5kWCO_2激光器切割厚度为1.6～4mm的TC_4钛合金板材,影响切割速度及切割质量的主要工艺因素。采用了氩气及压缩空气两种辅助气体。观察了切缝的形貌及测量了切缝宽度;并对热影响区(HAZ)进行了金相及显微硬度的分析。两种不同的辅助气体切割钛合金对切缝质量无明显的影响,而用压缩空气的切割速度比用氩气切割速度高。     

4130钢的CO2激光切割质量

研究了在CO2激光切割系统上切割的4130钢试样,以及功率和进给率对切缝宽度、表面粗糙度、条带频率和热影响区大小的组合影响.用回归分析研制了能描述独立工艺过程参数对激光切割质量影响的模型.对于试验的工作条件范围,观察到主要是功率影响切缝宽度和热影响区大小,而进给速率的影响是次要的.另一方面,表面粗糙度和条纹出现率受进给速率的影响最大.在低功率级时,可获得最小的切缝宽度和热影响区,并且进给速率的影响为中等.低进给速率可获得良好的表面粗糙度和低条纹出现频率.为了得到最佳的切割质量,切缝宽度、热影响区和表面粗糙度应保持最小.但是,在保持高生产率时不能满足符合这些要求的工作条件.     

激光切割热影响区的分析

为确定不同厚度钢产品的激光切割热影响区的具体数值,在大量试验的基础上,采用硬度检测和金相组织分析方法,研究总结出了热影响区的变化规律,结果表明,对于同一种材料来说,被切割材料厚度对热影响区有显著影响,随着厚度的增大,热影响区随之增加。结合本试验结果,提出了GB/T 2975的修订建议,将激光切割方法作为资料性附录首次写入标准,按照标准中推荐保留的加工余量,可去除激光切割产生的热影响区。     

激光切割与精密等离子弧切割技术

在70年代后期,激光技术开始用于薄板金属加工。相对于有氧切割和等离子弧切割来说,激光切割有极高的切割质量。激光切割出现以前,等离子弧切割一直被认为是切割金属薄板和中厚钢板的最好方法。80年代以来,激光切割设备逐渐成为金属加工与制造业的一种重要生产工具。由于激光的有效功率由500WM高到3000W,可加工的板材厚度范围扩宽了。过去唯有等离子能切割的较厚板材,现在由激光也能切割。激光切割的优点包括：垂直的切割边缘,边缘质量的一致性,高于土0．127rum的精度,以及能在厚度达19．05mrn的材料上打出小孔等。但是相对于等离…     

碳纤维复合材料损伤高频脉冲激光去除技术

采用高频脉冲紫外激光(λ=355 nm)对碳纤维/环氧树脂基复合材料进行逐层剥蚀加工,运用响应曲面法分析了激光功率、扫描速度、光斑填充间距3个因素与剥蚀深度的交互性。使用扫描电子显微镜、三维形貌仪、接触角测量仪、X射线光电子能谱仪,对试样表面的显微组织和理化性能进行分析,并对不同表面处理后试样界面剪切强度进行研究。结果表明:当激光参数P=13 W,d=0.02 mm,v=1000 mm/s时,激光加工形貌较好,剥蚀深度h=389μm;与砂纸打磨相比,使用紫外激光对材料进行逐层剥蚀时,不会对碳纤维骨架造成损伤;紫外激光剥蚀后的试样表面粗糙度比原始表面提高了7.9倍左右,高出不同砂纸打磨后的试样表面粗糙度约2.4～4.4倍;使用紫外激光剥蚀后的材料表面活性提高,含氧官能团数量增加;激光剥蚀处理后界面剪切强度明显增大,与砂纸打磨及未处理表面相比分别提高了48.5%和17.9%。     

激光切割技术国内外研究现状

总结了激光切割技术的特点,介绍了国内外激光切割设备和加工工艺研究现状,对激光切割工艺未来的发展提出了建议.     

液氮冷却对碳纤维复合材料钻削表面完整性的影响

目的 研究液氮冷却与钻削工艺对碳纤维复合材料钻削质量的影响。方法 采用YG10X硬质合金钻头开展碳纤维平纹织物/环氧树脂层压复合材料（T300）的液氮低温钻削与常温干式钻削的对比试验研究。分析液氮低温作用下不同钻削参数时的声发射信号有效电压值（Root-Mean-Square of Acoustic Emission Signals,AE-RMS）,并结合孔的加工质量与声发射信号进行有效的识别。结果 与常温干式钻削相比,液氮低温钻削的AE-RMS在钻削阶段平均值增大,且信号相对平稳,在钻出阶段末尾处减小,且无明显突变,孔出口分层因子和出口毛刺减小。在vf=30 mm/min时,孔出口分层因子降低了9.2%,孔壁表面质量提高。结论 与常温干式钻削相比,液氮低温钻削在钻削阶段中,AE-RMS增大,但其波动幅度减小,孔出口毛刺、撕裂等缺陷减少。通过SEM观察,液氮低温钻削下的纤维断口明显减少,树脂涂覆表面整洁平滑,横向纤维与树脂界面有较好的结合性,没有大面积纤维树脂剥离,孔壁表面质量提高。     

脉冲激光改性碳纤维复合材料及其金属化研究

目的 选择性地实现碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)表面良好的导电性,满足它在共形天线上的应用。方法 采用波长为1 064 nm的纳秒脉冲激光器对惰性极高的CFRP表面进行表面改性处理,并结合化学镀铜技术,制备激光改性碳纤维复合材料表面金属层。利用扫描电镜、X射线光电子能谱仪对改性后的材料表面进行表征,利用焊点拉脱方法表征金属层结合力。结果 研究表明,激光能量密度越高,则CFRP基材表面树脂被去除得越多;激光搭接率越大,则碳纤维束表面越粗糙;在适当的激光能量密度(60 J/cm²)和横/纵向搭接率(50%)下,会产生大量的极性化学基团。当激光能量密度为10~100 J/cm²、激光搭接率为0%时,CFRP表面镀铜层的结合强度为0.57~3.16 MPa,且激光能量密度与镀层结合强度呈正相关。当激光能量密度为60 J/cm²、激光搭接率为−100%~90%时,CFRP表面镀铜层的结合强度为0.19~ 3.24 MPa,且激光搭接率与镀层结合强度呈正相关。结论 脉冲红外纳秒激光在一定能量密度和搭接率的条件下,可改变碳纤维表面形貌、化学成分,实现金属层的制备。     

碳纤维/环氧树脂复合材料表面激光选择性消融预处理

补片修复方法已经成为复合材料表面损伤修复的主要手段,补片与待修表面的粘接性能是影响修复效果的主要因素,表面预处理则是提高粘接修复强度的重要途径。采用Nd∶YAG激光器,对碳纤维/环氧树脂复合材料表面进行选择性激光消融处理,测试了补片粘接后的拉剪性能,分别采用电子显微镜、三维形貌仪、X射线光电子能谱分析仪、拉曼光谱仪,分析了激光消融表面的显微形貌和物相特征。结果表明,激光消融能够在不破坏碳纤维结构的情况下有效消除复合材料表面的环氧树脂,提升表面活性及粘接修复性能。与未进行激光消融处理的复合材料相比,激光处理后表面活性提高,含氧官能团C=O数量增加约87%,补片粘接修补后的拉剪强度最大提升了近36%。     

碳纤维材料工程技术研究进展

回顾了碳纤维材料的发展历程与现状,系统地总结了吉林石化公司聚丙烯腈基碳纤维及其前躯体聚丙烯腈纤维的技术研发历程及其取得的关键技术成果,同时详细介绍了碳纤维的工程技术研究进展与产业化现状,并展望了吉林石化公司碳纤维材料的产业发展前景。     

激光熔覆技术的研究进展

激光熔覆技术是一种经济实用的表面处理技术,具有冷却速度快、工件畸变小、原料消耗少、过程易于实现自动化等优点。本文从背景、基本原理、研究现状等方面对激光熔覆做了较为详尽的阐述。在其研究现状中,主要从熔覆层材料、工艺种类、工艺参数等几方面综述了激光熔覆技术的研究进展;其中,对激光熔覆材料体系做了重点阐述,比较了三种自熔性合金粉末体系的优缺点。最后,指出了激光熔覆技术现存的主要问题以及未来的主要研究方向。     

碳纤维复合材料液压缸筒体研究进展

碳纤维复合材料具有轻质、高强等优异性能,被广泛应用于机械设备当中,液压系统中液压缸质量是制约其效率的主要因素之一,液压缸主要由缸筒体、活塞杆和密封结构组成,其中质量减轻最为关键的部件是液压缸筒体,为此液压缸轻量化技术主要通过碳纤维缠绕成型制作液压缸筒体实现,随后与其他部件装配构成碳纤维复合材料液压缸。综述国内外金属/非金属内衬式筒体、全复合材料液压缸筒体最新研究进展,分析国内外碳纤维液压缸筒体的特点;其次对碳纤维液压缸筒体成型工艺进行分析,说明工艺参数(缠绕角度和缠绕张力)对产品性能的影响;最后指出液压缸轻量化最终的发展方向。     

涂层碳纤维增强镁基复合材料

通过溶胶-凝胶法，采用含有机添加剂的正硅酸乙酯醇溶液，经二次水解、缩聚、干燥和烧结在碳纤维表面形成均匀SiO2涂层。该涂层改善了碳纤维与镁合金基体的润湿性，实现了低压液相浸渗制备C／Mg复合材料，并提高了复合材料的阻尼性能。     

激光熔覆技术研究进展

激光熔覆技术是一种先进的材料表面改性技术,具有稀释率小、熔覆层组织致密、涂层与基体结合良好及工作环境无污染等优点。从激光熔覆喷头、激光熔覆工艺、激光熔覆材料、激光熔覆技术的工业应用这4个方面,综述了激光熔覆的研究进展。其中,在激光熔覆喷头方面,介绍了激光光斑的种类及转换原理和熔覆材料的引入方式,总结了激光束与粉束的耦合模式和熔覆喷头的种类,包括旁轴送粉熔覆喷头、光外同轴送粉喷头、光内同轴送粉喷头以及特殊工况下的熔覆喷头。在激光熔覆工艺方面,阐述了工艺参数对熔覆层宏观形貌和组织性能的影响,总结了激光熔覆复合工艺的辅助加工方法,论述了超高速激光熔覆新工艺的原理及技术优势,并介绍了激光熔覆过程控制的研究进展。在激光熔覆材料方面,阐述了熔覆材料的种类及增强相的添加方式。在激光熔覆技术的工业应用方面,介绍了激光熔覆技术在矿山机械、模具再制造以及铁路修复等领域的应用。最后对激光熔覆技术的发展趋势及应用前景做出了展望。