CN106583924B - 一种玻璃与可伐合金的激光封接方法及封接体 - Google Patents

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Abstract

一种玻璃与可伐合金的激光封接方法，包括以下步骤：S1、根据所需封接的玻璃和可伐合金的尺寸、形状，设定加工轨迹，并进行焊接夹具准备；S2、对玻璃和可伐合金进行前期封接净化预处理操作，并提供Ag‑Cu‑Ti粉末或Ag‑Cu‑Ti箔片作为焊料；S3、将步骤S2中的焊料均匀喷洒在待封接的可伐合金的四周边缘，将待封接的玻璃放置于可伐合金上；S4、焊接夹具按照要求将待封接体进行夹持；S5、设定激光器加工参数，激光器按照设定的加工轨迹对玻璃与可伐合金交界处的焊料进行激光照射，制得玻璃‑可伐合金封接体；S6、拆除焊接夹具。本发明充分解决了玻璃与可伐合金之间连接强度不高的问题，同时制得具有高连接强度的封接体。

Description

一种玻璃与可伐合金的激光封接方法及封接体
技术领域
本发明涉及异质材料的封接技术领域，具体涉及一种玻璃与可伐合金的激光封接方法，以及由该方法制得的封接体。
背景技术
中空玻璃是由两层或多层平板玻璃构成，边缘利用复合胶条密封，或在边缘利用槽铝丁基胶和聚硫胶密封，将两片或多片玻璃与密封条、玻璃条粘接、密封，中间充入干燥静止气体，以保证玻璃片间空气的干燥度。当间隔物为气体时，该气体可以是空气或惰性气体等。中空玻璃因其保温性和隔音性而具有较为广泛的用途。
基于上述中空玻璃的结构，玻璃也可与可伐合金相结合形成玻璃-可伐金属封接体。可伐合金，也称铁镍钴合金，该合金在20～450℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数和相应的硬玻璃能进行有效封接匹配，具有较高的居里点以及良好的低温组织稳定性，可伐合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工，广泛用于制作电真空元件，发射管，显像管，开关管，晶体管以及密封插头和继电器外壳等。
而就玻璃与金属之间的封接头而言，在玻璃与可伐合金的封接过程中，由于玻璃与可伐合金的热物理性能不匹配，使得玻璃与可伐合金封接接头在焊后往往产生巨大的残余热应力，而且随着被连接的玻璃与可伐合金之间膨胀系数相差越大，封接头的残余热应力越大，致使封接头的强度越低，还有随着被连接可伐合金的热膨胀系数与其弹性模量乘积增大，封接头的强度也会相应下降。
针对上述现有技术所存在的问题，亟需设计一种玻璃与可伐合金的激光封接方法，来提高玻璃与可伐合金之间的封接头的强度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的提供一种玻璃与可伐合金的激光封接方法以及由该方法制得的玻璃与可伐合金的封接体，所用方法充分解决了玻璃与可伐合金之间连接强度不高的问题，同时制得具有高连接强度的封接体。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种玻璃与可伐合金的激光封接方法，包括以下步骤：
S1、根据所需封接的玻璃和可伐合金的尺寸、形状，设定加工轨迹，并进行焊接夹具准备；
S2、对所需封接的玻璃和可伐合金进行前期封接净化预处理操作，并提供粒径为5～50μm的Ag-Cu-Ti粉末或厚度为20～100μm的Ag-Cu-Ti箔片作为焊料；所述Ag-Cu-Ti粉末或Ag-Cu-Ti箔片按质量分数计包括如下组分：60～80％的Ag，19.5～27％的Cu，1.0～4.0％的Ti；所述Ag-Cu-Ti粉末或Ag-Cu-Ti箔片具有金属光泽，不需要进行氧化处理；
S3、将步骤S2中的焊料均匀喷洒在待封接的可伐合金的四周边缘，将待封接的玻璃放置于可伐合金上，保证待封接的玻璃与可伐合金紧密接触，形成待封接体；
S4、焊接夹具按照要求将步骤S3中的待封接体进行夹持，做好激光封接准备；
S5、设定激光器激光加工参数，激光器按照步骤S1设定的加工轨迹对玻璃与可伐合金的交界处的焊料进行激光照射，制得玻璃-可伐合金封接体；
S6、拆除焊接夹具，完成整个激光封接操作流程。
作为优选的，所述步骤S2中的前期封接净化预处理操作分别是指对待封接的可伐合金进行脱脂、去油处理后再进行氧化处理；对待封接的玻璃进行清水洗净，然后冷却风干。
作为优选的，所述步骤S3中均匀喷洒于待封接的可伐合金四周边缘的焊料厚度为20～60μm。
作为优选的，所述步骤S5中，激光器采用波长为800～1100nm。
作为优选的，所述步骤S5中，激光器加工参数为激光扫描速度80～160mm·min-1，激光功率80～160W，脉冲宽度1.5～3.0ms，频率为5～10Hz，扫描次数为1～3道。
作为优选的，所述步骤S5中，整个激光封接操作在氩气的氛围中进行。
一种根据如上任一项所述的玻璃与可伐合金的激光封接方法制得的封接体，包括玻璃和可伐合金，所述玻璃与可伐合金的边缘之间设置有封接用的焊料；所述玻璃与可伐合金之间存在间隔。
与现有技术相比，本发明提供的一种玻璃与可伐合金的激光封接方法在玻璃与可伐合金的交界处添加焊料，再利用激光对玻璃与可伐合金交界处进行直线照射，不但解决了玻璃激光透射率高致使激光加工困难的问题，而且使得玻璃和可伐合金能够进行紧密的连接和封接，通过选择合适的功率、频率、扫描速率，精确控制热作用区及区内的温度分布，使焊料恰好发生熔化使得玻璃与可伐合金结合，并且避免玻璃局部集中受热而致玻璃炸裂，同时避免了封接过程中热输入过大导致玻璃直接被切断的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种玻璃与可伐合金的激光封接方法的流程图。
具体实施方式
在玻璃与可伐合金的封接过程中，由于玻璃与可伐合金的热物理性能不匹配，使得玻璃与可伐合金封接接头在焊后往往产生巨大的残余热应力，而且随着被连接的玻璃与可伐合金之间膨胀系数相差越大，封接头的残余热应力越大，致使封接头的强度越低，还有随着被连接可伐合金的热膨胀系数与其弹性模量乘积增大，封接头的强度也会相应下降。
针对上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种玻璃与可伐合金的激光封接方法，来提高玻璃与可伐合金之间的封接头的强度，同时获得一种高连接强度的玻璃-可伐合金封接体。
参见图1所示，本发明所提供一种玻璃与可伐合金的激光封接方法，包括以下步骤：
S1、根据所需封接的玻璃和可伐合金的尺寸、形状，设定加工轨迹，并进行焊接夹具准备。
S2、对所需封接的玻璃和可伐合金进行前期封接净化预处理操作，并提供粒径为5～50μm的Ag-Cu-Ti粉末或厚度为20～100μm的Ag-Cu-Ti箔片作为焊料。
其中，前期封接净化预处理操作分别是指对待封接的可伐合金进行脱脂、去油处理后再进行氧化处理；对待封接的玻璃进行清水洗净，然后冷却风干。
作为焊料的Ag-Cu-Ti粉末或Ag-Cu-Ti箔片按质量分数计包括如下组分：60～80％的Ag，19.5～27％的Cu，1.0～4.0％的Ti，且在本发明中所使用的Ag-Cu-Ti粉末或Ag-Cu-Ti箔片具有金属光泽，不需要再进行氧化处理。
S3、将步骤S2中的焊料均匀喷洒在待封接的可伐合金的四周边缘，控制焊料的厚度在20～60μm左右，将待封接的玻璃放置于可伐合金上，保证待封接的玻璃与可伐合金紧密接触，形成待封接体。
S4、焊接夹具按照要求将步骤S3中的待封接体进行夹持，做好激光封接准备。
S5、采用波长为800～1100nm的激光器，设定该固体激光器的激光加工参数为：为激光扫描速度80～160mm·min-1，激光功率80～160W，脉冲宽度1.5～3.0ms，频率为5～10Hz，扫描次数为1～3道。激光器按照步骤S1设定的加工轨迹在氩气的氛围中对玻璃与可伐合金的交界处的焊料进行激光照射，在此焊料起到了“胶水”的作用，制得玻璃-可伐合金封接体。
S6、拆除焊接夹具，完成整个激光封接操作流程。
同时，采用该激光封接方法制得一玻璃-可伐合金封接体，包括玻璃和可伐合金，玻璃与可伐合金的边缘之间设置有封接用的焊料，玻璃与可伐合金之间存在间隔。
下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
S1、根据所需封接的玻璃和可伐合金的尺寸、形状，设定加工轨迹，并进行焊接夹具准备。在本实施例中，所需封接的玻璃为8*20*4mm的视窗玻璃样品，可伐合金为10*25*1.5mm的可伐合金钢板。
S2、对所需封接的玻璃和可伐合金进行前期封接净化预处理操作，并提供粒径为5～50μm的Ag-Cu-Ti粉末或厚度为20～100μm的Ag-Cu-Ti箔片作为焊料。
其中，前期封接净化预处理操作分别是指对待封接的可伐合金进行脱脂、去油处理后再进行氧化处理；对待封接的玻璃进行清水洗净，然后冷却风干。
作为焊料的Ag-Cu-Ti粉末或Ag-Cu-Ti箔片按质量分数计包括如下组分：66％的Ag，30％的Cu，4.0％的Ti，且在本发明中所使用的Ag-Cu-Ti粉末或Ag-Cu-Ti箔片具有金属光泽，不需要再进行氧化处理。
S3、将步骤S2中的焊料均匀喷洒在待封接的可伐合金的四周边缘，控制焊料的厚度在20μm左右，将待封接的玻璃放置于可伐合金上，保证待封接的玻璃与可伐合金紧密接触，形成待封接体。
S4、焊接夹具按照要求将步骤S3中的待封接体进行夹持，做好激光封接准备。
S5、采用波长为1064nm的光纤激光器，设定该光纤激光器的激光加工参数为：激光扫描速度100mm·min-1，激光功率110W，脉冲宽度1.5ms，频率为7Hz，扫描次数为1～3道。激光器按照步骤S1设定的加工轨迹：扫描长度为78mm(X方向)和18mm(Y方向)，在氩气的氛围中在距离焊料的2mm处，对玻璃与可伐合金的交界处的焊料进行激光照射，在此焊料起到了“胶水”的作用，制得玻璃-可伐合金封接体。
S6、拆除焊接夹具，完成整个激光封接操作流程。
经试验测得，采用本实施例的激光封接方法获得的玻璃-可伐合金封接体的抗剪强度可达27MPa。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处在于，所采用的焊料的组分按质量分数计包括72％的Ag，25％的Cu，3.0％的Ti，焊料的厚度为32μm，采用波长为1000nm的Nd-YAG型激光器，该Nd-YAG型激光器设定的加工轨迹为扫描长度为78mm(X方向)和18mm(Y方向)，且激光参数设定为：激光扫描速度40mm·min-1，激光功率130W，脉冲宽度2.5ms，频率为10Hz，扫描次数为1～3道，并且在距离焊料处1mm处对玻璃和可伐合金进行激光封接操作。
经试验测得，采用本实施例的激光封接方法获得的玻璃-可伐合金封接体的抗剪强度可达34MPa。
实施例三：
本实施例与实施例一的不同之处在于，所采用的焊料的组分按质量分数计包括79％的Ag，20％的Cu，1.0％的Ti，焊料的厚度为45μm，采用波长为940nm的半导体激光器，该半导体激光器设定的加工轨迹为扫描长度为78mm(X方向)和18mm(Y方向)，且激光参数设定为：激光扫描速度160mm·min-1，激光功率160W，脉冲宽度1.8ms，频率为8Hz，扫描次数为1～3道，并且在距离焊料处3mm处对玻璃和可伐合金进行激光封接操作。
经试验测得，采用本实施例的激光封接方法获得的玻璃-可伐合金封接体的抗剪强度可达41MPa。
实施例四：
本实施例与实施例一的不同之处在于，所采用的焊料的组分按质量分数计包括78.5％的Ag，19.5％的Cu，2.0％的Ti，焊料的厚度为59μm，采用波长为810nm的半导体激光器，该半导体激光器设定的加工轨迹为扫描长度为78mm(X方向)和18mm(Y方向)，且激光参数设定为：激光扫描速度163mm·min-1，激光功率161W，脉冲宽度1.9ms，频率为9Hz，扫描次数为1～3道，并且在距离焊料处3mm处对玻璃和可伐合金进行激光封接操作。
经试验测得，采用本实施例的激光封接方法获得的玻璃-可伐合金封接体的抗剪强度可达44MPa。
综上所述，本发明提供的一种玻璃与可伐合金的激光封接方法在玻璃与可伐合金的交界处添加焊料，再利用激光对玻璃与可伐合金交界处进行直线照射，不但解决了玻璃激光透射率高致使激光加工困难的问题，而且使得玻璃和可伐合金能够进行紧密的连接和封接，通过选择合适的功率、频率、扫描速率，精确控制热作用区及区内的温度分布，使焊料恰好发生熔化使得玻璃与可伐合金结合，并且避免玻璃局部集中受热而致玻璃炸裂，同时避免了封接过程中热输入过大导致玻璃直接被切断的问题。
同时，本发明提供的激光封接方法还具有能量可控性高、加工热影响区窄、加工效率高的有点，可更好的适应柔性制造环境。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种玻璃与可伐合金的激光封接方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、根据所需封接的玻璃和可伐合金的尺寸、形状，设定加工轨迹，并进行焊接夹具准备；
S2、对所需封接的玻璃和可伐合金进行前期封接净化预处理操作，并提供粒径为5～50μm的Ag-Cu-Ti粉末或厚度为20～100μm的Ag-Cu-Ti箔片作为焊料；所述Ag-Cu-Ti粉末或Ag-Cu-Ti箔片按质量分数计包括如下组分：60～80％的Ag，19.5～27％的Cu，1.0～4.0％的Ti；所述Ag-Cu-Ti粉末或Ag-Cu-Ti箔片具有金属光泽，不需要进行氧化处理；
S3、将步骤S2中的焊料均匀喷洒在待封接的可伐合金的四周边缘，将待封接的玻璃放置于可伐合金上，保证待封接的玻璃与可伐合金紧密接触，形成待封接体；
S4、焊接夹具按照要求将步骤S3中的待封接体进行夹持，做好激光封接准备；
S5、设定激光器激光加工参数，激光器按照步骤S1设定的加工轨迹对玻璃与可伐合金的交界处的焊料进行激光照射，制得玻璃-可伐合金封接体；
S6、拆除焊接夹具，完成整个激光封接操作流程。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃与可伐合金的激光封接方法，其特征在于：所述步骤S2中的前期封接净化预处理操作分别是指对待封接的可伐合金进行脱脂、去油处理后再进行氧化处理；对待封接的玻璃进行清水洗净，然后冷却风干。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃与可伐合金的激光封接方法，其特征在于：所述步骤S3中均匀喷洒于待封接的可伐合金四周边缘的焊料厚度为20～60μm。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃与可伐合金的激光封接方法，其特征在于：所述步骤S5中，激光器采用波长为800～1100nm。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃与可伐合金的激光封接方法，其特征在于：所述步骤S5中，激光器加工参数为激光扫描速度80～160mm·min-1，激光功率80～160W，脉冲宽度1.5～3.0ms，频率为5～10Hz，扫描次数为1～3道。
6.根据权利要求1所述的一种玻璃与可伐合金的激光封接方法，其特征在于：所述步骤S5中，整个激光封接操作在氩气的氛围中进行。
7.一种根据权利要求1～6任一项所述的玻璃与可伐合金的激光封接方法制得的封接体，其特征在于：包括玻璃和可伐合金，所述玻璃与可伐合金的边缘之间设置有封接用的焊料；所述玻璃与可伐合金之间存在间隔。
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