碳纤维机身8米接缝可采用CO2激光焊接

       来自欧洲的相关研究人员表示，对于两半由碳增强纤维制成的8米长机身，他们已经用CO2激光成功焊接。这意味着可以用这种方法制造超轻型客机。

　　该演示由空中客车公司牵头的大型国际财团完成，并由多个弗劳恩霍夫研究所组成，据称为碳纤维增强热塑性塑料（CFRTP）组件结构与二氧化碳激光器的无芯片连接提供了概念验证。

       动态光束整形

　　在“多功能机身演示器”（MFFD）项目下工作，该项目是欧盟更广泛的“清洁天空2”研究计划的一部分，德累斯顿弗劳恩霍夫材料和光束技术研究所（IWS）的团队表示，这种新颖的施工方法和工艺将大大减少重量，材料和时间。

　　他们使用CO2源在高压釜外部的大体积热塑性飞机纤维复合材料结构上焊接长接缝，这被认为是世界首创的成就。

　　“在MFFD的左侧，Fraunhofer IWS开发的工艺方法在飞机机身部分的上半部分和下半部分之间产生了最终的纵向接缝接头，该部分由碳纤维增强热塑性塑料制成，由碳纤维增强热塑性塑料制成，”集团经理Maurice Langer和他的同事报告说。

　　“所谓的CONTIjoin工艺是CO2激光技术和高动态光束整形的结合，实时控制激光功率，以保持连接区的温度恒定。同时，它能够自动调整焊接间隙中的梁形状。

　　激光波长至关重要

　　德累斯顿的团队将于下周在柏林举行的国际航空航天展 （ILA 2024） 上报告其研究结果，该团队还表示，10.6 μm CO2 激光波长起着至关重要的作用，这要归功于比现在广泛用于工业焊接的 1 μm 发射光纤激光器高得多的光吸收。

　　使用激光意味着不需要使用经典的铆接重叠接头进行机械连接元件和材料加倍，因此由热塑性复合材料制成的船体外壳的重量明显轻于传统截面。

　　IWS团队指出：“这标志着使用新型热塑性高性能材料制造飞机的重要一步，因为它能够生产高强度和可焊接的大型部件。

　　“这些材料的传统制造工艺通常是能源密集型和昂贵的，”Langer补充道。“因此，我们与我们的项目合作伙伴空中客车公司一起开发了一种工艺，使我们能够使用阶梯轴技术将高压釜外部的组件连接起来，同时为这种复合材料实现出色的强度性能。

　　“新材料类别需要创新的生产方法。MFFD的宣布目标是将机身重量减轻多达一吨。

　　在飞机的整个使用寿命期间，重量的显著减轻将显著降低整体能源需求、燃料消耗和相关排放。

　　“通过Fraunhofer IWS开发的CONTIjoin工艺，我们成功地为未来的飞机开发和相关应用迈出了重要的经济和生态步骤，”Langer说。

　　重叠接头

　　该项目的关键要素之一是通过连续放置几条层压带相互叠加，自动定位在半壳表面上的阶梯几何形状，逐步连接飞机机身的上壳和下壳。

　　“由此产生的重叠接头恢复了纤维复合材料在半壳之间的最初中断的力流，并形成了可靠的载荷传递接头，”IWS团队解释道。

　　对 CO2 源的更高吸收也意味着各个组件之间界面处所需的能量可以减少到最低限度，据说这消除了通常需要的后续处理步骤。

　　据说另一个关键开发是IWS团队的“ESL2-100模块”，该模块在德累斯顿工厂内部开发。

　　IWS高速激光加工部门经理Peter Rauscher表示，这样可以解释各种传感器信号，从而实现相应的控制算法。

　　“这提供了实时监控和自适应控制焊接过程的可能性，这是传统控制电子设备无法实现的，”Rauscher说。“例如，除了控制沿焊接间隙的焊接温度外，我们还能够考虑飞机半壳的位置、宽度和曲率。”

　　未来的计划将着眼于提高该方法的技术准备水平（TRL），以实现航空业及其他行业的资格认证。

　　“开发的CONTIjoin技术对飞机制造和其他行业很有吸引力，”兰格指出。“除了航空业，该解决方案还可用于造船、卡车和拖车制造，以及铁路运输或现代风力涡轮机的进一步发展。”

来源：激光网