【摘要】
在激光焊接過程中，熔合區(qū)域呈現(xiàn)出水滴狀，主要由頂部圓形腔體、中部熔融區(qū)和底部小空腔構(gòu)成。在這些缺陷中，頂?shù)卓锥匆桩a(chǎn)生應(yīng)力集中，參數(shù)控制差，易產(chǎn)生裂紋。另外，由于液滴結(jié)構(gòu)的存在，線距控制不好會造成間歇性不接焊。
在激光行業(yè)工作多年，萊塞主要從事激光切割設(shè)備和激光焊接設(shè)備的應(yīng)用。現(xiàn)在，大家就來看看玻璃工業(yè)與激光焊接技術(shù)結(jié)合后會產(chǎn)生怎樣的火花。
伴隨著5G、無線充電、光通信和芯片技術(shù)的迅速發(fā)展，玻璃材料的電磁信號屏蔽率低、硬度高、質(zhì)量輕、成本低，它適用于大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為3C電子結(jié)構(gòu)件(如手機(jī)玻璃外殼)、半導(dǎo)體器件(晶體元件和面板)、光學(xué)元件和照相機(jī)模塊的主流材料；玻璃鋼焊接加工行業(yè)將有很好的前景。
不同類型的玻璃、玻璃、單晶硅焊相繼實(shí)現(xiàn)。萊塞采用專用激光單線/多線掃描方式，實(shí)現(xiàn)玻璃的焊接與密封。在微細(xì)結(jié)構(gòu)光纖上，采用激光微弧焊成100微米厚的微弧焊，形成了光纖、微結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)光纖焊接端蓋。Tamaki等利用1558nm波長的激光成功地焊接了不同玻璃、玻璃和硅晶圓，并獲得了9.87MPa和3.74MPa的焊接強(qiáng)度。
在激光焊接過程中，熔合區(qū)域呈現(xiàn)出水滴狀，主要由頂部圓形腔體、中部熔融區(qū)和底部小空腔構(gòu)成。在這些缺陷中，頂?shù)卓锥匆桩a(chǎn)生應(yīng)力集中，參數(shù)控制差，易產(chǎn)生裂紋。另外，由于液滴結(jié)構(gòu)的存在，線距控制不好會造成間歇性不接焊。
實(shí)驗(yàn)用的材料是光學(xué)玻璃，試樣尺寸為25×25×1毫米，試樣尺寸為：
(a)清洗玻璃表面。在玻璃表面浸泡5~10分鐘，再用蒸餾水沖洗3~5次，最后用熱風(fēng)吹風(fēng)吹干玻璃表面污漬；
(b)壓焊玻璃。把疊層玻璃片放入夾具定位槽內(nèi)，調(diào)整焊接夾具機(jī)構(gòu)向下壓玻璃片周邊區(qū)域，使玻璃片緊實(shí)。前研者的實(shí)驗(yàn)研究表明，玻璃焊接的粘接間隙應(yīng)小于100nm(也有認(rèn)為小于激光波長的四分之一)。
(c)調(diào)整焦點(diǎn)至兩片玻璃的接合點(diǎn)。激光器從空氣中傳到玻璃上，會產(chǎn)生折射，焦點(diǎn)會偏移。所以，用貼著的玻璃塊找焦點(diǎn)，等距調(diào)節(jié)垂直玻璃表面振動透鏡的高度，用同樣的能量框掃描玻璃，將玻璃片取出，觀察玻璃吸收激光界面的位置，也就是聚焦位置。
(d)激光玻璃焊接。連續(xù)(b)、(c)步，對焊玻璃薄片進(jìn)行壓合，將焦點(diǎn)調(diào)至玻璃界面，調(diào)整適當(dāng)?shù)募す夂附庸に噮?shù)(功率、速度、掃描圖形等)。焊接玻璃。
而在玻璃界面上，高能激光超過某一閾值后，會引起玻璃材料的多光子電離。離子化的自由電子加速了與其它原子的碰撞，引起了雪崩電離，提高了材料的溫度，使玻璃達(dá)到熔點(diǎn)。
用專用激光焊接，全焊接面積(4×4mm)，焊接和成形均勻。材料經(jīng)過焊接，變形小，平直度變化不大。熔接區(qū)位于兩種材料界面，其厚度較小，且該區(qū)域的玻璃沒有熱損傷。
焊后的玻璃端面切片圖表明，在新的激光焊接工藝下，焊接融合區(qū)沒有水滴狀，頂部圓腔和底部線形小腔沒有焊接裂紋源缺陷，熔融區(qū)沒有間歇性線形裂紋缺陷。進(jìn)行焊接強(qiáng)度測試時(shí)，母材破裂，焊點(diǎn)不脫落，焊縫焊接強(qiáng)度高。利用一種特殊的激光光源，調(diào)節(jié)合適的焊接工藝參數(shù)，使玻璃材料被非線性吸收，熔化凝固，使兩片透明玻璃形成牢固的焊接區(qū)域，并成功地實(shí)現(xiàn)了光學(xué)玻璃間的直接焊接。兩層材料熔合后，光學(xué)玻璃焊接融合，未出現(xiàn)明顯宏微裂紋，沒有水滴，也沒有頂部水滴圓腔和底線損區(qū)，交界面無線不融合，有效避免了裂紋源。經(jīng)過強(qiáng)度測試，焊點(diǎn)殘留在試樣表面，提高了連接強(qiáng)度。
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