激光焊接是一种高效精密的焊接方法，利用高能量密度的激光束作为热源。激光焊接以其高精度、高效率和高适应性的特点，在航空制造领域发挥着越来越重要的作用。热塑性复合材料激光焊接的基本原理属于热熔焊范畴，即热塑性复合材料吸收激光注入的部分能量，将其转化成热能，从而达到焊接的目的。
根据材料对激光波长吸收率的差异，热塑性复合材料激光焊接分为直接焊接和透射焊接。直接焊接中，与连接界面相切的激光束直接照射接缝处，熔化界面两侧材料实现连接，常用于构件对焊。透射焊接中，两工件搭接，激光束透过透射率高的上部材料，将能量输送到吸收率高的下部材料上表面，使接触表面升温熔化完成连接，其机制是接触面在高温下形成稳定键的自粘过程。
激光透射焊接
相比激光直接焊接，激光透射焊接更常用于热塑性复合材料连接，但对材料光学特性要求高，上部材料透光率需高于50%，下部低于20%，低透射率和吸光强的黑色材料不适用。可通过掺入添加剂改善材料光学特性，如添加炭黑提高下部材料吸收率，但会使构件染色。上层透明材料被激光照射部分升温，光束远离后快速降温，除接触面附近外其他区域不熔融。该技术在热塑性塑料焊接领域较成熟，欧洲多家公司已推出专用设备。
激光透射焊接界面的温度分布
近年来，国内外学者对热塑性复合材料激光焊接技术开展了工艺参数优化、连接界面几何形状设计、材料改性和工艺创新等探索性研究：
工艺参数优化与接头质量提升方面，Choi等[1]用1940nm铥激光实现特定复合材料连接，发现适当增加激光照射点单位面积数量可提高接头强度，过多则因热量耗散降低强度；
不同数量激光光斑下 CF/PEKK 复合材料的载荷 – 拉伸曲线
焦俊科等[2]对相关焊接温度场建模，发现激光功率增大，熔宽和熔深增大，焊接速度、光斑半径增大则减小；
工艺参数对 CFRTP/ 钛合金焊接接头熔深和熔宽的影响
连接界面几何形状设计方面，Bastos等[3]研究表明三角形肋样件搭接剪切强度更高，增加肋宽度可提高强度，增加肋高度则降低；
两种形状焊接肋的搭接剪切强度
材料改性方面，Yu[4]等引入不同熔点金属颗粒吸收剂研究其与焊接参数对接头的影响；
刘一凡[5]采用双向调控界面强化接头实现镁合金与复合材料高强度连接；
工艺创新方面，贾少辉等[6]将激光搅拌焊接引入相关材料焊接，发现其接头强度更高，能减少气孔缺陷；
综述性研究方面，Jiao等[7]总结了相关连接研究进展并指出需进一步研究的内容；
Gonçalves等[8]概述了热塑性复合材料激光焊接的四个主要方面。
焊接速度和激光功率是影响焊接质量的主要工艺参数。下表对比了不同激光功率、不同焊接速度下焊接区的连接强度。可以看到：在相同激光功率下，随焊接速度降低，接头连接强度先增后减，这是因为速度降低时焊接区温度接近树脂气化温度，树脂充分熔化形成好接头，而速度过低时温度过高，接头内部出现大气泡导致强度降低。相同焊接速度下，随激光功率增加，接头强度逐渐降低，因功率过高使树脂大量热分解，连接界面形成大量气泡，减少碳纤维板与树脂接触面积，影响连接强度。因此，确定焊接速度后，需选择合适激光功率，使树脂完全熔化且流动性良好，以获得最佳连接强度。
不同激光功率下接头强度随扫描速度变化规律
参考文献
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