Nyligen har ett team av forskare Yang Shanglu från Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) gjort nya framsteg i laserassisterad sammanfogning av heterogena fogar av metall-kolfiberkompositer vid FoU-centret av Laser Intelligent Manufacturing Technology. Teamet använde en avstämbar, rektangulär halvledarlaser med platt topp som en värmekälla för att förverkliga sammanfogningen av höghållfast stål och termoplastiska hartsbaserade kolfiberkompositer, klargjorde förhållandet mellan de heterogena materialens gränssnittsvärmehistoria, gränsytformningsmekanismen , och den gemensamma prestanda, och lägga fram en ny typ av laser värmeinmatning process strategi. De relaterade forskningsresultaten sammanfattas som "Effect of interfacial termal history on bonding mechanism of laser assisted joining of QP980-CFRTP with justerbar flat-top rektangular laser beam", publicerad i Composite Structures.
Utvecklingen av högpresterande hybridstrukturer med multimaterialsystem är en växande trend inom flygindustrin. Kolfiberförstärkta termoplastiska kompositer (CFRTP) har hög specifik hållfasthet och seghet och kan hybridiseras med metaller för att tillfredsställa både strukturell lättvikts- och kostnadskontrollkrav. På grund av den enorma skillnaden i fysikalisk-kemiska egenskaper mellan metaller och kompositer är de befintliga metoderna för sammanfogning av olika material otillräckliga, och det finns ett akut behov av att utveckla nya sammanfogningsprocesser med hög kvalitet och effektivitet.
Teamet undersöker gränsytans termiska historia för den laserassisterade sammanfogningsprocessen, analyserar hartsmatrisens temperaturtillstånd och dess vätningsbeteende på metallytan och jämför effekterna av olika termiska gränssnittshistorier på gränsytsammanfogningsdefekter, kemiska sammansättningar, fogar. styrkor och misslyckande beteenden. Genom konstruktionsmetoden för gränssnittsvärmehistoria och reglering av lasertermisk ingångsprocess uppnås den begränsande gränsyttemperaturen och tillräcklig hålltid, vilket hjälper hartsmatrisen att smälta och diffundera helt på metallytan, fylla mikroporerna vid gränssnittet och främja kemisk bindning, vilket resulterar i en högkvalitativ fog med en toppbelastning högre än 10 kN och en skjuvhållfasthet högre än 22 MPa. De relaterade forskningsresultaten har ett brett spektrum av tillämpningsmöjligheter inom flyg och andra relaterade områden.
Figur 1. Laserassisterad sammanfogningsprocess, ultrasnabb laserytbehandlingsstruktur och övervakning av gränssnittets termiska historia
Figur 2. Förhållandet mellan gränsytets termiska historia och hartsvätning på metallytan
