與熱固性碳纖維復(fù)合材料相比，熱塑性碳纖維復(fù)合材料具備一些天生的優(yōu)勢，如更好的沖擊耐受性、更長的存儲時間、更強的極限應(yīng)變能力、更優(yōu)異的耐化學(xué)性，另外它還支持快速加工成型，恰恰是這一點在工業(yè)批量生產(chǎn)中尤為重要，是市場規(guī)模化應(yīng)用的先決條件之一。另外熱固性碳纖維復(fù)合材料制品一旦加工成型，就無法改變形態(tài)，而熱塑性碳纖維復(fù)合材料支持二次重塑，這在與其他零部件連接時提供了額外的連接方式，比如焊接。
　　
 
　　熱塑性碳纖維復(fù)合材料的激光焊接工藝簡介
　　
　　經(jīng)過多番研究，熱塑性碳纖維復(fù)合材料的焊接方式有了拓展，包括電阻焊、超聲波焊、振動焊、感應(yīng)焊和激光焊接等，智上新材將結(jié)合專業(yè)論文介紹激光焊接這一技術(shù)，了解激光焊接中重要的影響因素。另外根據(jù)焊接情況的不同，還可以細分為同步焊接、掩模焊接、輪廓焊接（C）和準同步焊接（QS）等。
　　
 
　　其中準同步焊接（QS）是一種激光透射焊接技術(shù)，該技術(shù)是基于熱塑性基體對激光輻射波長的光學(xué)透明度原理，激光輻射照射到熱塑性碳纖維復(fù)合材料上時，會穿過基體部分，而在碳纖維部分被吸收，吸收過程會產(chǎn)生一定的熱量，這些熱量會導(dǎo)致基體部分升溫并熔化，成為連接其他零部件的粘合劑。
　　
 
　　熱塑性碳纖維復(fù)合材料的激光輪廓焊接（C）技術(shù)
　　
　　激光輪廓焊接過程中，激光輻射直接施加到復(fù)合材料的吸收部分（碳纖維），可以直觀的觀察熱傳導(dǎo)對熱塑性碳纖維復(fù)合材料焊縫寬度的影響效果，通過多次實驗發(fā)現(xiàn)，焊縫寬度的變化有以下的幾個規(guī)律。
　　
　　1、規(guī)律A：焊接速度恒定，激光功率增加，焊縫寬度隨之增加，這是因為激光輻射產(chǎn)生的熱量被更多基體部分吸收。
　　
　　2、規(guī)律B：激光功率恒定，焊接速度加快，焊縫寬度隨著減小，這是因為激光與材料的相互作用時間更短以及每單位長度的能量更低。
　　
　　3、規(guī)律C：激光焊接過程中，產(chǎn)生的熱量高于基體熔化需求的熱量，在0°和90°方向上，多余熱量傳導(dǎo)方向并不相同，造成的焊縫范圍是有所區(qū)別的。0°纖維方向，熱量往激光輻射位置前后傳導(dǎo)，90°垂直纖維方向，熱量往焊縫處傳導(dǎo)，后者焊縫寬度更大。
　　
 
　　熱塑性碳纖維復(fù)合材料的激光透射焊接（QS）技術(shù)
　　
　　對于低透射率熱塑性碳纖維復(fù)合材料的激光透射焊接，需要在焊縫中緩慢產(chǎn)生熱量，以避免激光透明部件的降解。 因此，焊接技術(shù)必須由輪廓焊接改為準同步焊接。
　　
　　上圖為0°纖維方向上，CF/PPS復(fù)合材料輪廓焊接（C）的和準同步焊接（QS），在每單位長度上施加的能量與平均焊縫寬度的圖形數(shù)據(jù)對比?？梢钥闯?°纖維方向上準同步焊接（QS）的焊縫寬度整體都小于輪廓焊接（C）。這是因為激光輻射透過CF/PPS復(fù)合材料后會出現(xiàn)冷卻，多余的熱量不足以熔化更多的基體材料，而是向輻射位置前后傳導(dǎo)開來，因此焊縫寬度增加量很小，焊縫寬度級數(shù)之間的偏移幾乎是恒定的（圖中Δd5 ≈ Δd6 ）。
　　
 
　　上圖為90°垂直于纖維方向上，CF/PPS復(fù)合材料輪廓焊接（C）的和準同步焊接（QS），在每單位長度上施加的能量與平均焊縫寬度的圖形數(shù)據(jù)對比?？梢钥闯?0°垂直于纖維方向上準同步焊接（QS）的焊縫寬度整體都小于輪廓焊接（C），且降低幅度較0°纖維方向更大。這是因為激光輻射透過CF/PPS復(fù)合材料冷卻后，多余的熱量會從焊縫中傳導(dǎo)出去，基體材料的熔化過程會損失一定的熱量，因此焊縫整體比輪廓焊接要小很多。輪廓焊接（C）在90°垂直于纖維方向上的焊縫增量較大，而準同步焊接（QS）的焊縫增量較小，因此對比0°纖維方向來看，焊縫寬度級數(shù)之間的偏移更大一些（圖中Δd7 < Δd8 ）。
　　
 
　　如果光從數(shù)據(jù)來看，激光透射焊接的表現(xiàn)明顯優(yōu)于激光輪廓焊接，但前者想要產(chǎn)生均勻牢靠的焊縫效果，需要將連接的部件無間隙的壓在一起，對設(shè)備和操作的要求都比較高。另外實驗室階段的焊接效果不能完全代表工業(yè)化量產(chǎn)階段的焊接效果，因此針對熱塑性碳纖維復(fù)合材料的激光焊接技術(shù)的研究還需要持續(xù)進行。如果未來激光焊接技術(shù)得以成熟，熱塑性碳纖維復(fù)合材料制品的生產(chǎn)和加工水平將會得到飛躍式的提升，讓我們期待這一天早日到來。