（承接2025年3月刊 P27）

　　2.3掃描和聚焦參數(shù)

　　熱影響區(qū)的形成也深受激光加工工藝參數(shù)的影響。通過(guò)調(diào)整激光設(shè)置可以獲得較小的熱影響區(qū)。然而，不合適的激光參數(shù)會(huì)使熱影響區(qū)成倍擴(kuò)大。為了提高CFRP組件的加工質(zhì)量，調(diào)整激光加工參數(shù)至關(guān)重要。

　　Oh等人通過(guò)2kW光纖激光器切割CFRP的實(shí)驗(yàn)，提出了影響切割質(zhì)量的因素，并對(duì)激光加工切割質(zhì)量進(jìn)行了描述，如圖8A所示。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，掃描速度是影響熱損傷的主導(dǎo)因素，提高切割速度可以減少熱損傷。Takahashi等人對(duì)使用紅外納秒激光切割CFRP進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)利用掃描振蕩器來(lái)調(diào)整加工位置。據(jù)稱，提高特定的掃描間距可以減少蒸汽屏蔽效應(yīng)，從而大幅提高加工速度，改善加工質(zhì)量。

　　CFRP中使用的各種碳纖維鋪層，以及激光加工過(guò)程中使用的各種掃描方向都會(huì)對(duì)激光加工產(chǎn)生很大影響。纖維鋪設(shè)和激光掃描方向如圖8B所示。當(dāng)激光掃描方向與表面纖維鋪設(shè)方向垂直時(shí)，HAZ面積最大；當(dāng)掃描方向與表面纖維鋪設(shè)方向同步時(shí)，HAZ面積最小。

　　在激光切割具有不同排列方式的雙層CFRP板材時(shí)，切割由90°或45°與0°方向組成的雙層CFRP可獲得更好的切割質(zhì)量。纖維的方向?qū)μ祭w維復(fù)合材料層壓板的損壞方式有很大影響。激光掃描路徑規(guī)劃可將角度保持在45°，有助于確保加工質(zhì)量和提高效率。

　　以下激光加工CFRP的參數(shù)對(duì)熱影響區(qū)的影響最大：激光功率、掃描速度、重復(fù)頻率、散焦等。激光功率過(guò)大會(huì)導(dǎo)致被加工材料過(guò)度燃燒，而激光功率過(guò)低會(huì)導(dǎo)致材料無(wú)法穿透，需要重復(fù)加工。影響加工效率，導(dǎo)致熱量過(guò)度積累，使熱影響區(qū)擴(kuò)大。

　　在激光加工中，掃描速度決定了激光與材料相互作用的時(shí)間。掃描速度過(guò)快時(shí)，激光束作用在材料上的時(shí)間短，熱傳導(dǎo)和熱擴(kuò)散不充分，被加工材料因輸入的熱量不足而無(wú)法切割。脈沖激光在較高重復(fù)頻率和較慢掃描速度下表現(xiàn)為連續(xù)脈沖，會(huì)造成材料過(guò)度燒蝕，導(dǎo)致熱影響區(qū)區(qū)域過(guò)大，降低切割質(zhì)量。掃描過(guò)程參數(shù)之間的關(guān)系如圖8C所示。

　　為了獲得更好的加工效果，匯聚在工件表面的激光束被聚焦成一點(diǎn)，剛好落在待加工材料的表面上，從而獲得出色的加工效果。此時(shí)功率密度最高。正散焦時(shí)，激光的焦平面位于被加工工件的表面上方；反之，負(fù)散焦時(shí)，激光的焦平面位于被加工工件的下方。如圖8D所示，不同的焦距情況會(huì)導(dǎo)致能量擴(kuò)散，并降低正散焦和負(fù)散焦的加工質(zhì)量。

　　激光與CFRP相互作用時(shí)，熱損傷不可避免。選擇合適的工藝參數(shù)，可以控制激光與材料的接觸時(shí)間和照射到材料上的能量，從而實(shí)現(xiàn)CFRP的低損傷加工。然而，激光加工過(guò)程中的每個(gè)參數(shù)并不是簡(jiǎn)單的組合。由于光斑直徑、材料厚度、材料特性和激光類型的不同，需要考慮各參數(shù)之間的關(guān)系，以獲得最佳加工效果。

　　2.4激光掃描路徑

　　激光的熱效應(yīng)很容易在材料上產(chǎn)生熱影響區(qū)，但材料在深度方向上的去除很難控制。加工深度直徑比過(guò)大，或掃描方式選擇不當(dāng)，容易造成材料去除不均勻，降低加工精度。如果僅僅依靠激光氣化燒蝕，材料去除效率也很低。因此，一些研究人員對(duì)激光加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化，不僅減少了熱影響區(qū)，還提高了加工深度和效率。

　　Li等人提出了一種同軸環(huán)形孔制作程序。首先，對(duì)輪廓進(jìn)行切片，然后逐漸向內(nèi)切出越來(lái)越小的圓。激光束運(yùn)動(dòng)軌跡由一系列同心圓組成，同心圓之間的距離一般設(shè)定為聚焦點(diǎn)直徑，這有利于完全去除目標(biāo)區(qū)域的材料。加工后的環(huán)形路徑有足夠的冷卻時(shí)間，從而減少了熱影響區(qū)產(chǎn)生。

　　Li等人研究了基于多通道方法的掃描模式，包括同心掃描模式和螺旋掃描模式，如圖9A所示。研究發(fā)現(xiàn)，螺旋掃描模式能顯著減少熱損傷。熱影響區(qū)的直徑從127.3μm下降到84.76 μm。同年，他們又提出了一種交錯(cuò)掃描加工模式，這種模式有利于在鉆孔過(guò)程中更好地去除材料，及時(shí)排出斷裂的纖維和蒸汽，降低前沿基體材料的熱分解程度和相鄰軌跡的熱累積效應(yīng)。

　　結(jié)果，HAZ的平均寬度總體上減少了25.85%，在相同參數(shù)下，孔的錐度也減少了51.45%。Tao等人根據(jù)同軸環(huán)的制孔方法提出了改進(jìn)建議，圖9B是同軸環(huán)的制孔程序，他們提出了針對(duì)厚CFRP板的雙束激光制孔程序。如圖9C所示，兩束位于相反位置的脈沖激光束被用來(lái)同時(shí)在CFRP上切割孔洞。激光束的掃描路徑為同軸環(huán)形。

　　在這種工藝中，單次激光的有效去除深度大大增加，從而極大提高了加工效率。同時(shí)，該工藝還能解決因深度增加而導(dǎo)致的激光束受阻，從而造成加工效率低和熱影響區(qū)損傷大的問(wèn)題。Zhu等人開發(fā)了一種新型階梯參數(shù)平行環(huán)激光鉆孔技術(shù)，激光束從外環(huán)開始向內(nèi)環(huán)鉆孔。這種方法增加了內(nèi)環(huán)的能量輸入，從而能更快地去除材料，而外環(huán)較低的能量輸入則提供了一個(gè)屏蔽溝槽，以減少母體材料的熱量損失。在這一程序的幫助下，質(zhì)量和生產(chǎn)率提高了300%以上，能耗降低了78.10%，二氧化碳排放量減少了25%以上。

　　Fornaroli等人提出了激光束圍繞目標(biāo)孔中心做圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)光束軸圍繞自身中心旋轉(zhuǎn)。激光束的圓周路徑旋轉(zhuǎn)與光束的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)同步，并螺旋進(jìn)入加工過(guò)程。通過(guò)激光脈沖對(duì)目標(biāo)孔材料的反復(fù)研磨，形成通孔。大大改善了HAZ和孔錐度。在Ouyang等人的研究中，使用皮秒激光以“雙旋轉(zhuǎn)”切割技術(shù)加工CFRP，如圖9D所示。

　　與機(jī)械加工相比，加工后CFRP樣品的機(jī)械性能（如抗拉強(qiáng)度和疲勞參數(shù)）得到了提高。此外，鉆孔精度、錐度和熱影響區(qū)，都得到了很好的控制。Ye等人研究了不同切割技術(shù)對(duì)CFRP制孔精度的影響。如圖9E所示，與平行切削和橫切技術(shù)相比，激光旋轉(zhuǎn)切削加工出的孔質(zhì)量最高。Herzog等人建議采用平行通道來(lái)拓寬切口，如圖9F所示。通過(guò)將激光聚焦到切口邊緣，CFRP的切口厚度可達(dá)13mm。

　　3.新型激光加工方法

　　研究人員提出了縮小加工熱影響區(qū)的措施，包括通過(guò)周圍環(huán)境的對(duì)流冷卻加工區(qū)域、降低發(fā)生熱損傷的溫度以及提高加工效率。這些措施包括，利用氣流帶走部分熱量和等離子氣體來(lái)提高加工效率和切割深度，以及利用水的沖刷和冷卻效果來(lái)降低熱損傷。

　　3.1氣體輔助激光加工

　　氣體輔助激光加工，不同的氣體類型、氣壓、光氣同軸或側(cè)軸輔助會(huì)帶來(lái)不同的加工效果。Zhang等人對(duì)亞音速氣流和無(wú)氣流環(huán)境下碳纖維復(fù)合材料的激光輻照損傷，進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，切向氣流輔助時(shí)，加工區(qū)域有一定的冷卻效果。隨著壓力的增加，氣體流量增大，可以帶走更多的熱量進(jìn)行冷卻，減少熱影響區(qū)。

　　Riveiro等人研究了用3.5kW 二氧化碳激光對(duì)不同氣壓下的氬氣進(jìn)行輔助激光切割實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)同軸亞音速噴嘴和同軸超音速噴嘴噴射的氣體能更好地吹走熱量，從而減少熱影響區(qū)。形態(tài)如圖10A所示。Yuki等人使用氮?dú)?、氬氣和氧氣作為輔助氣體，在相同的平均功率和掃描速度下研究激光加工，結(jié)果如圖10B所示。

　　由于氮?dú)獾谋葻崛菔菤鍤獾膬杀?，因此可以吸收更多的熱量并抑制熱影響區(qū)。氮?dú)夂蜌鍤庾鳛檩o助氣體可以消除碳纖維端面的膨脹。在氧氣的幫助下，切割深度可以達(dá)到最大，從而解決了因激光能量較低而難以去除材料深層的問(wèn)題。

　　Negarestani等人使用納秒Nd:YAG激光器加工CFRP，并分別使用純氮、純氧和氮氧混合物作為加工的輔助氣體。三種氣體輔助模式下的切割形貌如圖10C所示。在氮氧混合氣的輔助下，底部纖維的拔出率分別提高了47%和59%。同時(shí)，惰性氮?dú)饪梢钥焖倮鋮s加工區(qū)域，將熱損傷降至最低，而活性氧氣則可以提高材料去除率，并通過(guò)放熱反應(yīng)加速?gòu)?fù)合材料的分解。

　　對(duì)于碳纖維增強(qiáng)塑料的激光切割，Qin等人采用了三種氣體輔助技術(shù)：同軸氮?dú)?、同軸氧氣和同軸氧氣近軸向氮?dú)鈴?fù)合氣體輔助。氮氧混合氣的蝕刻深度最大，可達(dá)1000μm，氮?dú)饫鋮s效果更好。雙氣流進(jìn)一步改善了對(duì)熔體的吹氣影響，使混合氣體具有冷卻和增強(qiáng)蝕刻的優(yōu)點(diǎn)。圖10D顯示了三種不同氣體的加工效果。

　　實(shí)驗(yàn)表明，氧氣通過(guò)放熱反應(yīng)增強(qiáng)了復(fù)合材料的分解過(guò)程，提高了材料去除率，解決了深層材料激光能量降低導(dǎo)致的材料去除困難問(wèn)題。惰性氣體對(duì)碳纖維復(fù)合材料的熱影響區(qū)，有一定的抑制作用。因此，使用氮氧復(fù)合材料可獲得最佳的加工效果。

　　3.2液體復(fù)合輔助處理

　　Hua等人使用500W毫秒脈沖Nd:YAG激光器加工碳纖維復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，激光切割的熱損傷大大降低，水下切割時(shí)的熱影響區(qū)和纖維脈動(dòng)也有所減少。Tangwarodomnukun等人比較分析了在空氣、靜水和流水中激光加工CFRP時(shí)熱影響區(qū)的寬度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在靜水和流水中加工所產(chǎn)生的熱影響區(qū)，都能顯著減小。

　　Wang等人使用水引導(dǎo)激光加工CFRP。研究結(jié)果表明，使用水導(dǎo)激光加工的CFRP切割面干凈平整。此外，如圖11A所示，幾乎沒(méi)有熔融雜質(zhì)附著在切割表面和溝槽上。此外，表面熱影響區(qū)、材料分層現(xiàn)象和纖維膨脹都得到了改善。

　　Zhang等人利用準(zhǔn)軸向水射流的冷卻效果，限制了激光加工過(guò)程中產(chǎn)生的多余熱量的擴(kuò)散。從圖11B的形態(tài)可以看出，熱影響區(qū)越小，流經(jīng)系統(tǒng)的水就越多。水刀輔助不僅能實(shí)現(xiàn)及時(shí)散熱，還能提高碳纖維的切割面加工質(zhì)量，減少碳化現(xiàn)象。

　　Sun等人利用水引導(dǎo)激光切割碳纖維復(fù)合材料。在水引導(dǎo)激光加工過(guò)程中，可以大大減少熱影響區(qū)，提高加工質(zhì)量。圖12A顯示了水導(dǎo)激光加工的原理。同年，他們對(duì)碳纖維復(fù)合材料的傳統(tǒng)激光加工和水導(dǎo)激光加工進(jìn)行了比較。如圖11C所示，傳統(tǒng)激光加工中熱影響區(qū)的平均尺寸為37μm，而水導(dǎo)激光切割對(duì)切割面基材幾乎沒(méi)有明顯損傷，但切割速度較慢，只有傳統(tǒng)激光加工的1/2。

　　對(duì)于水導(dǎo)激光器，Wang等人的研究表明，水對(duì)光的吸收系數(shù)會(huì)隨著波長(zhǎng)的衰減而下降。他們強(qiáng)調(diào)，噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)噴射流參數(shù)（包括噴射壓力、流速和速度）有重大影響，并決定是否能形成穩(wěn)定的“減流”水射流。此外，對(duì)耦合的檢查顯示有三種不同類型的耦合：端面耦合、遠(yuǎn)場(chǎng)耦合和近場(chǎng)耦合，如圖12B所示。

　　根據(jù)Liu等人對(duì)圖12C所示的水導(dǎo)激光燒蝕循環(huán)的總結(jié)，切割精度隨著水流直徑的減小而提高，同時(shí)水流的穩(wěn)定變得更具挑戰(zhàn)性。在鉆深孔時(shí)，孔內(nèi)會(huì)積水；這種水湍流和孔內(nèi)殘留的材料會(huì)影響激光的傳播。同時(shí)，水中激光束能量的高功率密度，也會(huì)影響深孔的加工速度。

　　Zhang等人在對(duì)激光輔助加工的碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行比較研究時(shí)，比較了三種可供選擇的冷卻技術(shù)：水、氣體和水氣復(fù)合技術(shù)。水氣復(fù)合輔助激光加工，吹走了激光照射區(qū)域的水，大大減少了水對(duì)激光傳輸?shù)母蓴_，使激光對(duì)材料的照射更加集中，而氣體對(duì)水的沖擊會(huì)使水變成更小的液滴，甚至造成霧化，使水更容易吸熱相變和汽化，再結(jié)合氮?dú)饫鋮s，進(jìn)一步減少了加工過(guò)程中產(chǎn)生的余熱。

　　圖11D是幾種處理方案的示意圖。為了幫助激光器處理CFRP的低溫?fù)p傷，同年，研究小組在管壁上使用了噴霧沖擊，以形成一層薄薄的流動(dòng)水膜。如圖12D所示，利用氮?dú)夂脱鯕獾幕旌衔飵椭缥鼑娮飚a(chǎn)生基于氧氣氧化過(guò)程的噴霧，以提高CFRP的蝕刻效率。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在氧氣濃度為30%和冷熱相對(duì)平衡的情況下，可以獲得較高的加工質(zhì)量。

　　總之，水射流輔助加工可以冷卻材料表面，以及周圍區(qū)域由激光脈沖形成的切口邊緣。因此，這種方式減少了熱影響區(qū)和熱殘余應(yīng)力，防止了材料內(nèi)部的熱損傷。水導(dǎo)激光加工可實(shí)現(xiàn)高精度和高質(zhì)量的燒蝕和切割邊緣。與干式激光切割相比，液態(tài)激光切割中使用的任何輔助氣流的動(dòng)能都要高得多。水射流能更有效地排出熔融材料，燒蝕產(chǎn)物與水結(jié)合，大大減少向大氣中釋放有害物質(zhì)。但這種激光能量損失相對(duì)較大，加工效率較低。

　　3.3激光復(fù)合材料加工方法

　　激光與材料相互作用的物理過(guò)程非常復(fù)雜，單一傳統(tǒng)激光束的加工方法難以解決切割厚度小、加工效率低的問(wèn)題。CFRP基體容易吸水脫水，在航空產(chǎn)品加工領(lǐng)域一般禁止涉水加工。為了提高傳統(tǒng)干法激光加工的質(zhì)量和效率，提出了一種新的加工方法。

　　Furst等人使用由波長(zhǎng)為10.6μm的二氧化碳激光器和波長(zhǎng)為10.6μm的光纖激光器組成的功率為1kW激光器切割碳纖維復(fù)合材料，其中二氧化碳激光器占總功率的25%，光纖激光器占75%。實(shí)驗(yàn)原理如圖13A所示。這樣，切割質(zhì)量和切割深度都得到了提高。

　　Jia等人針對(duì)CFRP材料加工中存在的問(wèn)題，提出了激光與機(jī)械相結(jié)合的加工方法。首先，使用高功率激光進(jìn)行粗加工，去除大量材料余量。然后，利用機(jī)械加工去除這部分材料，以提高最終部件的加工質(zhì)量和尺寸精度。

　　在此基礎(chǔ)上，Chen等人提出了一種10.0毫米厚CFRP板材的光纖-激光-數(shù)控協(xié)同銑削加工方法，將高效率、材料去除率高、表面質(zhì)量好、切削速度快等優(yōu)點(diǎn)集成于大功率激光切割工藝中，提高了加工質(zhì)量和速度。

　　如圖13D所示，Xie等人采用了兩步激光表面處理法來(lái)改善CFRP層壓材料單環(huán)粘接接頭的性能。第一步，通過(guò)最佳的激光蝕刻工藝將樹脂從層壓板的外表面完全去除；這樣就得到了整齊的碳纖維織物。第二步，進(jìn)一步輻照裸露的碳纖維織物，在其表面形成一系列小凹槽。

　　Hu等人提出了一種用于材料溝槽成形的電磁復(fù)合場(chǎng)輔助激光去除技術(shù)。與激光打孔、激光切割等傳統(tǒng)激光材料去除方法相比，該方法能夠高效、連續(xù)地完成盲槽的加工，實(shí)驗(yàn)裝置如圖13C所示。在機(jī)械手的控制下，高能激光束照射到工件材料表面，照射區(qū)域成為熔融狀態(tài)。

　　外部穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)和電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)定向的洛倫茲力。當(dāng)洛倫茲力大于熔融區(qū)材料的重力和表面張力之和時(shí)，熔融區(qū)的熔融材料將通過(guò)凹槽上部排出。從而達(dá)到電磁復(fù)合場(chǎng)輔助激光材料去除和溝槽成形的效果。

　　如圖13B所示，Wang等人通過(guò)結(jié)合激光和超聲波振動(dòng)來(lái)加工CFRP。首先，激光燒蝕去除樹脂，露出纖維并在表面形成有序的凹槽。隨后，在粘合過(guò)程中對(duì)CFRP層壓材料進(jìn)行超聲波振動(dòng)，以促進(jìn)粘合劑滲透到微尺度的溝槽結(jié)構(gòu)中。這樣，CFRP的剪切強(qiáng)度提高了340%。

　　Zhou等人提出了一種在乙醇溶液中進(jìn)行超聲振動(dòng)輔助激光加工的方法，以減少空化氣泡對(duì)加工的不利影響。HAZ和蝕刻深度分別減少了57%和25%。超聲波振動(dòng)使空化泡爆炸，減少了空化泡對(duì)激光的干擾，機(jī)械侵蝕效果增強(qiáng)，蝕刻深度增加了119%。超聲波振動(dòng)增強(qiáng)了燒蝕區(qū)域的冷卻效果，HAZ減少了57%。

　　3.4激光表面清潔技術(shù)

　　CFRP有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有缺點(diǎn)，如抗壓強(qiáng)度低和耐低溫。在大多數(shù)應(yīng)用中，CFRP需要與金屬結(jié)合才能形成完整的結(jié)構(gòu)。CFRP與金屬接頭之間的傳統(tǒng)機(jī)械連接（如鉚接和螺栓連接）會(huì)降低接頭的靜態(tài)強(qiáng)度，而激光連接技術(shù)因其低熱量輸入、高精度和高效率而成為近年來(lái)發(fā)展非常迅速的連接技術(shù)，是CFRP與金屬連接的理想選擇。

　　在激光連接技術(shù)中，激光有兩種不同的作用方式。首先，由于環(huán)氧樹脂和碳纖維的性能不同，為了保證或提高界面連接強(qiáng)度和耐久性，通過(guò)激光清洗的方法，實(shí)現(xiàn)樹脂的物理清洗、增加有效連接面積和化學(xué)活化。主要連接機(jī)制為機(jī)械互鎖連接。

　　Oliveira等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了飛秒激光加工對(duì)CFRP表面微/納米結(jié)構(gòu)的影響。他們介紹了選擇性去除環(huán)氧樹脂的方法，并使暴露在外的碳纖維具有所需的圖案。此外，在碳纖維表面還產(chǎn)生了亞微米激光誘導(dǎo)的周期性表面結(jié)構(gòu)，這有助于在CFRP部件之間的粘合鍵中提高纖維與基材的粘合力。Jiao等人建立了CFRTP-不銹鋼-激光連接的數(shù)學(xué)模型，并從實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用探索兩方面進(jìn)行了研究。

　　通過(guò)在輕合金表面形成微紋理，改善了焊接界面的潤(rùn)濕性和機(jī)械相容性。Liu等人利用激光可以高效、精確地處理材料表面的微觀結(jié)構(gòu)，提高al-CFRP的粘接強(qiáng)度。圖14A顯示了經(jīng)激光處理CFRP的微納形貌。這些經(jīng)激光處理的接頭的最大剪切強(qiáng)度幾乎是非微觀搭接接頭的四倍。圖15A顯示了激光微納米處理CFRP的原理。

　　使用脈沖Yb:YAG光纖激光器對(duì)CFRP表面進(jìn)行預(yù)處理。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)激光處理后，表面接觸角明顯減小，表面自由能增加，表面活性提高，處理后的粘接強(qiáng)度增加了一倍。Li等人使用皮秒激光和準(zhǔn)分子紫外激光處理CFRP表面。通過(guò)增加表面粗糙度和引入官能團(tuán)，提高了 CFRP與鋁合金之間的粘接強(qiáng)度。

　　經(jīng)皮秒紅外激光處理的材料的剪切強(qiáng)度提高了346.4%，而經(jīng)紫外激光處理的材料的剪切強(qiáng)度提高了293.8%。因此，皮秒激光具有更高的加工效率，更適用于粘合劑表面處理。此外，有限元分析表明，表面粗糙度造成的機(jī)械互鎖僅使粘接強(qiáng)度提高了4%，因此化學(xué)粘接在粘接過(guò)程中起主導(dǎo)作用。

　　其次，將激光能量直接用于復(fù)合材料與其他材料的連接，在粘接或焊接前對(duì)纖維復(fù)合材料的接合處進(jìn)行激光清洗等表面處理，以提高接合強(qiáng)度。金屬材料和樹脂材料的性能差別很大，直接加工金屬和CFRP不會(huì)形成明顯的中間過(guò)渡層。但在熱作用下會(huì)形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵和化合物，通常金屬元素M與CFRP的O、C元素反應(yīng)形成化學(xué)鍵，生成MGCO3、MgO1+x等化合物。

　　圖15B顯示了激光與金屬之間的連接機(jī)制。在鈦合金和

　　CFRP的結(jié)合界面上會(huì)形成Al-O-C和 Ti-O-C等化學(xué)鍵，最終生成TiO2、TiO和TiC 等復(fù)雜化合物。圖14B顯示了經(jīng)激光處理的 CFRP/AA2060接頭的表面形態(tài)和切割形態(tài)。這些化合物的形成對(duì)提高接頭的機(jī)械性能起著非常重要的作用。

　　利用激光進(jìn)行CFRP材料表面處理（如清洗、編織和其他表面處理）以及激光焊接和膠合，已成為新的研究領(lǐng)域。一些國(guó)家已經(jīng)在該領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。在激光清洗方面，美國(guó)和德國(guó)等少數(shù)國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了纖維復(fù)合材料產(chǎn)品的激光清洗應(yīng)用。在復(fù)合材料表面，如F16戰(zhàn)斗機(jī)的平尾、美國(guó)海軍H-53和H-56直升機(jī)的螺旋槳葉片等，都已經(jīng)采用了激光除漆技術(shù)。在工藝應(yīng)用方面，德國(guó)采用激光連接加工方法加工寶馬7系車型，證明了激光連接在新型輕量化產(chǎn)品中的可行性。

　　未來(lái)展望

　　激光加工具有快速、非接觸、高精度、靈活、高效等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于CFRP加工領(lǐng)域。為進(jìn)一步減少加工過(guò)程中的熱影響區(qū)和切口寬度，完成CFRP的低損傷、高精度、高質(zhì)量和工業(yè)化加工，可重點(diǎn)開展以下幾個(gè)方面的研究。

　　開發(fā)高精度、高效率的CFRP激光加工技術(shù)。具有超短脈沖的短波長(zhǎng)激光可實(shí)現(xiàn)超精密、高質(zhì)量的微結(jié)構(gòu)加工。隨著千瓦級(jí)高功率皮秒激光器的誕生和超快激光機(jī)制的進(jìn)一步完善，超快激光加工技術(shù)除了保持現(xiàn)有的加工精度和質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)外，加工效率和可加工尺度（如加工較厚的復(fù)合材料板）也有望得到顯著提高。

　　開發(fā)可根據(jù)加工結(jié)果隨時(shí)更改參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)。在激光加工過(guò)程中，激光加工參數(shù)和材料參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量有很大影響。在加工過(guò)程中，受CFRP材料（如鋪層角度、材料厚度等）和不同激光性能（如激光光斑直徑、光束質(zhì)量、重復(fù)頻率等）的影響，每個(gè)參數(shù)都會(huì)發(fā)生變化。二者都會(huì)導(dǎo)致加工結(jié)果的巨大波動(dòng)。針對(duì)這種情況，可以改進(jìn)并結(jié)合人工智能技術(shù)，建立激光加工數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　開發(fā)面積更大、質(zhì)量更高的激光加工技術(shù)。激光加工通常以能量密度極高的高斯脈沖形式加工CFRP，因?yàn)楦咚辜す饽芰糠植疾痪鶆颍糠謪^(qū)域激光能量密度較高。容易對(duì)材料造成嚴(yán)重的熱損傷，因此激光在實(shí)際生產(chǎn)中的加工精度無(wú)法進(jìn)一步提高。與高斯光束相比，平頂光束形式具有脈沖重疊率低、光場(chǎng)均勻等優(yōu)點(diǎn)，因此更有利于激光在CFRP中進(jìn)行微納米加工等應(yīng)用。

　　開發(fā)具有高清潔度、高加工質(zhì)量和高性價(jià)比的水導(dǎo)加工技術(shù)。由于水對(duì)激光能量的吸收率高，能量衰減快，因此需要進(jìn)一步研究激光在水中的衰減規(guī)律，同時(shí)找到合適的激光與水射流耦合方法，降低水中的衰減能量，從而提高水引導(dǎo)激光傳輸效率，進(jìn)一步提高加工速度。

　　開發(fā)更高效、更厚的加工技術(shù)。在激光復(fù)合加工CFRP方面，多能量場(chǎng)復(fù)合激光材料去除技術(shù)逐漸興起。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，激光3D打印CFRP零件是一種新型、快速、經(jīng)濟(jì)的加工方法，目前已開始興起，但仍需進(jìn)一步研究。

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