龐思勤等［3］使用脈沖ND∶YAG 激光機(jī)研究激光加工碳纖維復(fù)合材料等高性能復(fù)合材料的工藝參數(shù)與加工機(jī)理上的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)表明，激光加工 CFＲP的機(jī)理以熱蒸發(fā)和熱熔化為主。
Fenoughty 等［4］將脈沖ND∶YAG激光與水射流切割碳纖維復(fù)合材料的質(zhì)量進(jìn)行對比，研究得出脈沖激光導(dǎo)致的熱損傷比用連續(xù)激光切割時(shí)更小。Lau 等［5，6］研究了激光加工參數(shù)對碳纖維復(fù)合材料的切割深度、熱影響區(qū)寬度和切割質(zhì)量的影響，實(shí)驗(yàn)表明波長為1064 nm 的ND∶YAG 激光源相對于CO2激光器，具有更高的能量密度和更小的光斑直徑，故切縫更窄、切熱影響區(qū)更小。Goeke 等［7］
通過研究發(fā)現(xiàn): 激光輻射波長和材料的吸收影響了熱影響區(qū)尺寸大小; 隨著進(jìn)給速度的提高，熱影響區(qū)和切縫都在減小。Garcia 等［8］研究了加工速率、激光脈沖能量和頻率以及輔助氣體壓力等參數(shù)帶來的影響，發(fā)現(xiàn)加工過程中傳導(dǎo)熱量的是復(fù)合材料中的碳纖維，并且發(fā)現(xiàn)脈沖能量越高切縫越深，頻率越低材料的熱影響區(qū)越大，加工速率越快熱影響區(qū)越小，不過在任何情況下，材料的熱影響區(qū)都很明顯，加工時(shí)需要在激光照射和有效冷卻之間來取得平衡。Ｒiveiro 等［9］研究了 CO2激光器加工 CFＲP 的加工參數(shù)與加工質(zhì)量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)激光加工的熱影響區(qū)是不可避免的，但是可以正確地選擇加工參數(shù)來確保熱影響區(qū)的最小化，從而獲得良好的加工質(zhì)量。同時(shí)，縮小的熱影響區(qū)也意味著靜力強(qiáng)度的損耗相比傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法更少。
激光直接切割工藝與質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)研究Niino 等［10-12］研究了激光掃描速度對材料加工質(zhì)量的影響。當(dāng)使用高的激光掃描速度切割時(shí)，材料頂面很干凈，側(cè)壁質(zhì)量良好并且熱影響區(qū)也很小。Wahab 和 Pagano 等［13，14］發(fā)現(xiàn)脈沖能量與脈沖頻率對切縫寬度、熱影響區(qū)和錐角的影響都很顯著，這兩個(gè)參數(shù)是相互聯(lián)系的，當(dāng)一個(gè)參數(shù)值變化了，相應(yīng)的加工效果也會變化; 熱影響區(qū)和切縫寬度都取決于脈沖寬度，縮小熱影響區(qū)和切縫寬度就應(yīng)當(dāng)使用非常短的接觸時(shí)間，總之脈沖能量越高熱影響區(qū)越大，頻率越高切縫寬度越窄。并且他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)脈沖能量和頻率都取相對中間值時(shí)錐角最小。Cenna 等［15］對纖維增強(qiáng)塑料的激光切割參數(shù)進(jìn)行了分析與預(yù)測，并建立模型以預(yù)測切割質(zhì)量( 正反兩面切縫寬度及錐角) 。
Walter 等［16］對激光加工碳纖維過程中的危險(xiǎn)排放物進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在加工過程中會排放一氧化碳，選用恰當(dāng)?shù)那懈罘椒�，如多道切割和稍長的間隔時(shí)間，不僅對加工質(zhì)量有幫助，也會減少有害物質(zhì)的排放。
Fuchs 等［17，18］對激光多道切割碳纖維復(fù)合材料薄板材的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)采用多道掃描技術(shù)連續(xù)兩次掃描有助于獲得窄切縫和可控的熱影響區(qū); 當(dāng)平均功率一定時(shí)，掃描速度的增加與脈沖能量的減少會導(dǎo)致有效切割速度的減少; 切縫寬度由掃描速度和纖維方向決定; 熱影響區(qū)主要受掃描速度、與切割入口處的纖維方向和脈沖能量的影響。趙煦［19］對短脈沖激光的碳纖維材料加工進(jìn)行了研究，試驗(yàn)表明: ①激光設(shè)置低重頻比使用高重頻進(jìn)行加工精度高; ②使用快速和適當(dāng)?shù)亩嗟罀呙杩梢垣@得較好的形貌。
Kononenko 等［20］針對氧氣輔助超短脈沖激光切割碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行了研究，結(jié)論表明在作用區(qū)域使用高氧氣流輔助加工會顯著提升生產(chǎn)效率和深層激光切割雙向碳纖維復(fù)合材料的質(zhì)量，氧氣流對燒蝕速率的有益作用只有在深層切縫中才能體現(xiàn)出來，同時(shí)氧氣也提升了可達(dá)到的最大切縫深度。使用氧氣之后，可以觀察到在材料表面的額外基體損傷，為了避免這種影響，氧氣的應(yīng)用應(yīng)該更精確，以保護(hù)材料的表面。
Prie等［21］利用聲發(fā)射技術(shù)檢測了激光切割碳纖維復(fù)合材料的分層現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)表明，使用激光切割所造成的分層現(xiàn)象相比于機(jī)械加工較輕，且對材料造成的起始負(fù)荷更小。
宋抒航［22］通過對一般 CFＲP 以及基體添加炭黑顆粒的CFＲP激光切割進(jìn)行研究，研究相應(yīng)的切割表面質(zhì)量，并對加工熱影響區(qū)進(jìn)行了分析。如圖1、圖 2 所示，實(shí)驗(yàn)表明: ① 基體樹脂添加炭黑顆粒后，切口表面質(zhì)量相較于未添加時(shí)質(zhì)量更好，切口表面裂紋數(shù)量明顯減少，材料抗疲勞性能提高; ②在基體添加炭黑顆粒后，加工后正反面分層問題情況得到改善，切口形貌明顯更佳。
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