碳纤维热塑性复合材料(CFRTP)具有比强度高、耐腐蚀、抗疲劳、耐热性好等特点，是轻量化制造的重要材料，在航空航天、新能源汽车领域应用前景广阔。实现CFRTP材料之间及CFRTP与金属材料之间高质量的连接是其应用的一个关键技术。激光连接技术具有速度快、强度高、振动应力、工艺灵活等特点，在CFRTP与金属材料连接上较胶结、机械连接等技术具有优势。
中国科学院宁波材料所先进制造技术所激光与智能能量场制造团队与北京大学深圳研究院合作，对CFRTP/异质金属结构的激光连接机理和工艺进行了研究。利用激光直接连接技术实现了CFRTP与不锈钢的连接，研究了界面状态对CFRTP/不锈钢激光连接质量的影响规律，对接头的连接机理和失效机制进行了分析，同时对缺陷控制工艺进行了探索性研究，相关成果发表在Journal of Materials Processing Technology上；在考虑CFRTP/不锈钢界面接触热导率的基础上建立了激光连接热热效应数学模型，利用有限元方法对连接热效应进行了仿真计算，分析发现该模型可准确表征夹具压力对激光连接质量的影响，较传统数学模型可有效提高热效应仿真的准确性，相关研究发表在《中国激光》 (2017,44(4):0402002.）上；通过对金属界面进行微织构处理可显著提高连接强度，申请发明专利2项，授权1项（热塑性复合材料焊接方法CN201510014414.4）。
图1. CFRTP/不锈钢接头中的气泡
图2 拉伸试件断裂形貌
图3 热接触模型和传统模型比较及热效应仿真
该项目得到国家自然科学基金“两化融合”联合基金（U1609208）、浙江省公益技术应用研究项目（2017C31082）、中科院青促会（2017343）、深圳市基础研究布局项目（JCYJ20150529162228734）的支持。
