摘要：扬州大学机械工程学院、深港产学研基地(北京大学香港科技大学深圳研修院)及中国科学院宁波材料技术与工程研究所的科研人员综述报道了碳纤维增强热塑性复合材料与金属异质接头的激光焊接工艺及强度增强研究进展。相关论文以“Laser welding process and

长三角G60激光联盟导读

扬州大学机械工程学院、深港产学研基地(北京大学香港科技大学深圳研修院)及中国科学院宁波材料技术与工程研究所的科研人员综述报道了碳纤维增强热塑性复合材料与金属异质接头的激光焊接工艺及强度增强研究进展。相关论文以“Laser welding process and strength enhancement of carbon fiber reinforced thermoplastic composites and metals dissimilar joint: A review”为题发表在《Chinese Journal of Aeronautics》上。

碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）与金属的混合结构已广泛应用于航空器轻量化制造。然而，由于CFRTP与金属在物理和化学性质上存在显著差异，实现高质量连接面临诸多挑战。激光焊接技术在CFRTP-金属连接中具有良好的应用前景，并在连接机理、工艺优化、强度提升及缺陷控制方面取得了重要研究进展。但该技术的实际应用仍存在待解决的问题。本文从理论建模与仿真分析、工艺探索与参数优化、接头性能提升与工艺创新三大方面综述了CFRTP-金属激光连接的研究进展，探讨了该技术的问题与挑战，并展望了未来研究方向。

关键词：碳纤维增强热塑性复合材料与金属混合接头；缺陷控制；激光焊接；数值模拟

图1.CFRTP-金属连接方法

图2.CFRTP-金属激光连接机理

图3.实验与数值模拟结果对比

图4.考虑金属表面微观结构的CFRTP-金属激光连接数值模拟

图5.CFRTP-金属激光接头中的气孔与热缺陷

图6.提升CFRTP-金属接头质量的方法综述

图7.激光清洗预处理后CFRP的表面形貌与粗糙度

图8.采用微观结构预处理法的CFRTP-金属激光连接

图9.覆盖塑料层及添加PA层的CFRTP-TC4激光连接

图10.矩形激光光斑与激光旋转焊接技术可减少接头热损伤

激光焊接技术在CFRTP-金属连接中具有广阔应用前景，但在接头缺陷控制与疲劳性能提升方面仍需进一步研究。主要结论与展望如下：

1.数值模拟与温度场预测

目前可通过数值模拟预测CFRTP-金属激光连接过程中的温度场分布，但尚未模拟树脂基体在界面的流动与凝固行为。未来需建立多物理场耦合模型，综合考虑微观结构、外部压力及激光相互作用，模拟热传递、熔融与结合过程，以实现焊接界面熔深、热损伤及接头强度的精准预测。

2.界面处理与强度提升

清洁CFRP表面并在金属表面制备微观结构可有效提高连接强度。需进一步探究界面处理方法的物理机制及微观结构尺寸对焊接强度的影响，建立连接强度与微观结构（尺寸、润湿性）的数学关系，实现焊接强度的定量调控。

3.微观结构设计与工艺优化

金属表面微观结构可改善界面润湿性并形成机械互锁结构，但添加树脂或金属表面塑化会增加工艺复杂性。未来需探索更高效的界面处理方法，确保熔融树脂充分填充微观结构，抑制气孔生成。

4.激光能量场调控

不当的激光能量输入会导致金属与CFRTP的热损伤。通过调整激光能量场（如矩形光斑、高速旋转激光束）可有效抑制热损伤、气孔及微裂纹。未来需开发新型激光热源施加方法，精确控制热输入。

5.多场辅助激光焊接

超声辅助激光焊接可提升接头剪切强度与疲劳寿命，因超声波振动能促进熔融塑料与金属的紧密接触及化学键形成。这一发现启示：引入其他能量场（如磁场、机械振动）可能进一步减少缺陷并提升接头质量。

论文链接：

长三角G60激光联盟陈长军转载

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来源：江苏激光联盟