CFRP激光加工热致损伤形貌研究

发布时间：2020-12-16 23:31

　　为提高碳纤维增强树脂基复材(CFRP)加工质量和效率,本文采用波长1 064 nm的Nd:YAG激光器对CFRP平板试样进行切割试验,利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪等仪器对加工后组织的显微形貌、元素成分进行了测试。结果表明,CFRP经激光加工后存在热变形、微孔洞、微裂纹等多种热损伤形式,与母材相比热影响区内材料发生了脱氧碳化,未发生氮化。激光切割质量与激光加工参数密切相关,调节工艺参数可抑制但无法彻底消除热致损伤,获得了激光高质量切割CFRP的工艺窗口:脉冲宽度τ≤0.3 ms、脉冲频率f≤30 Hz,吹气压力Pa≥0.7 MPa,扫描速度v≥100 mm/min,激光功率P≤150 W。最后采用优化的工艺参数组合,在保证切割效率的前提下,获得了平均热影响区深度小于120μm的切缝。 

【文章来源】：应用激光. 2020年04期 北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

平板试样

加工后的试样经酒精超声清洗后烘干,镶样并磨抛至待观测表面。使用KEYENCE/VHX-5000型超景深三维显微镜(OM)、 EVO-18型扫描电镜(SEM)及其自带的X射线能谱仪(EDS)对激光加工的树脂基复合材料的形貌、缺陷及成分进行分析。2 试验结果与讨论

图3 典型热致损伤CFRP主要包含O和C等元素,如果发生氧化或氮化,其元素成分便会发生变化。图5为EDS取样位置电子图象,表1对应是图5中各点的元素成分。其中,点18、点19靠近加工区域,点20、点21远离加工区域。可以看出,CFRP原材料有碳和氧两种元素,在吹氮条件下加工后切缝附近材料发生了脱氧碳化,且无氮化迹象。说明热影响区内聚酰亚胺树脂在高温作用下发生裂解成残留碳[14-15],且碳纤维在裂解气的保护下不易发生剧烈氧化,而是在辐照区温度高于气化点后发生气化烧蚀[9]。因此,材料内部元素成分的变化可作为判断热影响区范围的依据之一。


本文编号：2920984