低空飞行器作为未来城市空中交通（UAM）的核心载体，对结构材料的轻量化与连接工艺的高效性提出了严苛要求。碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料凭借其比强度高、耐辐照、抗疲劳等特性，成为低空飞行器机体结构的关键候选材料。然而，传统机械连接方式易引入应力集中，而胶接工艺的耐温性与长期稳定性难以满足复杂服役环境需求。激光焊接技术以非接触式加工、热影响区可控等优势，为CF/PEEK复合材料的高质量连接提供了新路径。本研究系统开发了适用于低空飞行器结构的激光焊接工艺，通过优化焊接参数与材料预处理策略，实现了复合材料界面的高效融合与性能提升。
CF/PEEK复合材料的激光焊接面临两大核心挑战：其一，PEEK基体的高熔点（约343℃）与低热导率（0.25 W/(m·K)）要求激光能量需精准集中于界面区域；其二，碳纤维与PEEK的界面相容性直接影响焊接强度。实验采用连续波光纤激光器（波长1064nm），设计正交实验方案，系统考察激光功率（800~1200W）、焊接速度（10~30mm/s）、光斑尺寸（0.5~1.5mm）对焊接质量的影响。材料预处理环节引入等离子体表面改性技术，通过调控处理时间（30~120s）与功率（200~400W），在碳纤维表面引入活性官能团，增强与PEEK的化学键合。焊接过程在氮气保护下进行，气压控制在0.1~0.3MPa以抑制氧化反应。
焊接质量评估采用多维度表征手段：利用扫描电子显微镜（SEM）观察界面熔合线形貌，结合能谱分析（EDS）检测元素扩散情况；通过单搭接拉伸试验（依据ASTM D1002标准）测定焊接强度，加载速率2mm/min；采用差示扫描量热仪（DSC）分析焊接区域的结晶度变化。结果表明，当激光功率1000W、焊接速度20mm/s、光斑尺寸1.0mm时，焊接界面形成连续熔池，碳纤维与PEEK基体间无显著孔隙缺陷，拉伸强度达到母材强度的82%。等离子体处理120s后，界面处氧元素含量提升18%，碳纤维表面粗糙度（Ra）从原始15nm增至38nm，促进机械啮合与化学键合的协同作用。
低空飞行器服役环境对焊接接头的耐温性与抗振动性能提出特殊要求。高温拉伸试验显示，焊接接头在150℃环境下仍保持常温强度的75%，优于传统胶接工艺的60%。振动疲劳测试（频率10~2000Hz，加速度5g）表明，经10^6次循环后接头强度衰减率低于12%，验证了激光焊接工艺在动态载荷下的可靠性。对比分析发现，优化后的激光焊接工艺使接头热影响区宽度控制在200μm以内，显著小于传统热压焊接的1.5mm，有效避免了碳纤维的过热损伤。
本研究开发的CF/PEEK复合材料激光焊接工艺，通过参数优化与表面改性技术，实现了焊接强度与服役性能的协同提升。工艺窗口（功率1000±50W，速度20±2mm/s）为低空飞行器典型结构件（如翼梁、蒙皮）的规模化生产提供了技术依据。未来可结合在线监测系统与机器学习算法，进一步实现焊接质量的实时调控与缺陷预测，推动复合材料连接技术向智能化、高效化方向发展。该工艺的成熟应用，将为低空飞行器轻量化设计与安全服役提供关键技术支撑。
