碳纖維增強塑料與不銹鋼激光焊接解決方案

2015-7-27 13:15:34      點擊：
由于碳纖維增強塑料（CFRP）具有很高的強度對重量比（strength-to-weight ratio）、出色的抗腐蝕性能和優(yōu)良的疲勞性能，因而受到了極大的關注，上述特點讓這種材料適合用在飛機、汽車和其他產品中。汽車工業(yè)對熱塑性碳纖維增強塑料尤其感興趣，因為它有望縮短生產時間。

    將塑料或碳纖維增強塑料與金屬接合在一起，通常需要使用膠粘劑或螺栓、鉚釘等機械工具。然而， 這些接合工藝有幾種不足之處，如揮發(fā)性有機化合物（VOC）排放的環(huán)境限制、粘合時間較長，螺釘或鉚釘也會增加重量。因此，Seiji Katayama教授帶領團隊開發(fā)出激光輔助直接焊接金屬和塑料（LAMP）的技術。通過使用連續(xù)波（CW）Nd：YAG激光器、半導體激光器、光纖激光器或碟片激光器等，該技術能迅速而牢固地將諸如鋼、不銹鋼、鋁合金在內的金屬與工程熱塑性塑料（例如聚酰胺PA、聚對苯二甲酸乙二醇酯PET和聚碳酸酯PC）接合起來。

    LAMP焊接技術可以牢固地將碳纖維增強塑料片材和304不銹鋼板焊接在一起，其中使用CW碟片激光器在金屬上生成不焊透焊縫。圖1顯示了聚丙烯腈（PAN）型PA基材碳纖維增強塑料片材與304不銹鋼板之間的激光搭接接頭在做拉伸剪切試驗前、后的情況。其中，碳纖維增強塑料片材厚度為3mm、寬度為20mm， 具有較長的碳纖維，不銹鋼板厚度為3mm、寬度為30mm。橫截面的照片（見圖1中的插圖）顯示了不銹鋼中淺層小孔形成的激光焊道。此外，熔化區(qū)廣泛分布在碳纖維增強塑料片材中靠近接合面的區(qū)域。在圖1b中，我們可以觀察到黑色的碳纖維增強塑料片材粘結在304不銹鋼板的底表面。特別是，粘結的碳纖維增強塑料部分主要根據激光焊道下的不銹鋼板而識別出來。在碳纖維增強塑料片材的接合面中也能看到不銹鋼的部分。上述事實表明形成牢固的焊接接頭是可行的。