本發(fā)明涉及的是利用激光焊接進(jìn)行目組玻璃與可伐合金焊接工藝，屬于非金屬與金屬材料的技術(shù)連接領(lǐng)域，該工藝方法主要可以用于真空集熱管和航空航天領(lǐng)域的焊接，屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，玻璃與金屬連接技術(shù)可以應(yīng)用于太陽(yáng)能發(fā)電中，即獲得高質(zhì)量的太陽(yáng)能真空集熱管，可以大大提高太陽(yáng)能熱力發(fā)電的效率，同時(shí)對(duì)玻璃與金屬的封接技術(shù)提出了更高的要求。

目前玻璃與金屬的連接方法有陽(yáng)極鍵合、釬焊、摩擦焊、電子束焊、爆炸焊等，但這些方法存在容易老化、精確度低、強(qiáng)度低和氣孔多等缺陷。金屬材料與玻璃連接的主要問(wèn)題是：(1)熱膨脹系數(shù)相差大，應(yīng)力集中，焊后出現(xiàn)大量微裂紋，接頭性能差；(2)玻璃材料主要結(jié)合方式是共價(jià)鍵，金屬材料的主要結(jié)合方式是離子鍵和金屬鍵，潤(rùn)濕性很差，界面結(jié)合困難；(3)非金屬材料韌性差，容易發(fā)生斷裂。玻璃材料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕、絕緣性能優(yōu)異等特點(diǎn)，但玻璃本身的低延展性和較差的沖擊韌性限制了其在工程中的應(yīng)用。金屬材料具有良好塑韌性和切削加工性，而非金屬材料脆性較大，與非金屬材料形成了互補(bǔ)，因此對(duì)研發(fā)出一種可靠的玻璃與金屬連接技術(shù)提出了迫切要求。

激光焊接技術(shù)是將兩種異種材料通過(guò)高能束流，快速熔化，形成較小的熱影響區(qū)，達(dá)到相互連接的目的?，F(xiàn)有的激光焊接工藝原理主要為：激光束照射在金屬表面，首先將金屬融透，然后傳熱給玻璃，達(dá)到玻璃的軟化溫度，在界面處反應(yīng)，生成新物質(zhì)，形成化學(xué)結(jié)合。主要包含以下工藝步驟：(1)將焊接件進(jìn)行表面處理；(2)為了防止在焊接過(guò)程中開(kāi)裂，焊前進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為260-400℃，保溫時(shí)間為15min，(3)激光焊接，激光功率為600-900w，焊接速度為2.5-5.5mm/s，離焦量為0mm，保護(hù)氣體為氬氣，氣體流量為20l/min，掃描次數(shù)為1-3道；(4)焊后熱處理，隨爐冷卻，室溫下取出焊接件。

研究發(fā)現(xiàn)采用激光焊接工藝熱變形較小，熱影響區(qū)小，精確度高，成形快；焊接過(guò)程中局部重疊部分加熱和冷卻保持著平衡，熔池非常穩(wěn)定；能有效降低焊后應(yīng)力，得到良好的焊接接頭。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鉬組玻璃與可伐合金激光焊接新工藝，這種工藝提高了玻璃與可伐合金焊接接頭的抗剪切強(qiáng)度及使用壽命，具有良好的經(jīng)濟(jì)性效果。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體包括以下步驟：

(1)清潔試樣：首先用金相砂紙將可伐合金表面的氧化膜去除，優(yōu)選砂紙從400目打磨至1200目，然后進(jìn)行拋光，最后進(jìn)行脫脂去油處理；鉬組玻璃表面用600-800目金相砂紙磨平；最后再分別用丙酮、乙醇和清水清洗表面，將金屬和鉬組玻璃在爐中進(jìn)行烘干；

(2)制取氧化膜：將經(jīng)過(guò)表面清潔后的可伐合金在真空中凈化處理，然后放置在氧化爐中制備氧化膜，通過(guò)控制氧化時(shí)間和氧化溫度獲得不同厚度的氧化膜；

(3)制備中間層：將ni2o3、mno2、b2o3、al2o3、sio2氧化物粉末和酒精混合，制備成涂覆液，優(yōu)選比例為每150g氧化物粉末對(duì)應(yīng)100ml酒精，將涂覆液涂覆到步驟(2)可伐合金表面，使涂覆層厚度優(yōu)選100-150μm；然后將可伐合金在爐中采用燒結(jié)方式制備中間層，溫度為700-900℃，時(shí)間為5-20min；優(yōu)選氧化物粉末質(zhì)量百分比組成為：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％；

(4)焊前預(yù)熱：將夾具放在爐中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為260-400℃，預(yù)熱時(shí)間為15min；

(5)激光焊接：設(shè)定好激光焊工藝，對(duì)可伐合金和鉬組玻璃進(jìn)行激光焊接；

(6)焊后熱處理：焊接結(jié)束后，將焊件迅速移至加熱爐中進(jìn)行去應(yīng)力退火，隨爐冷卻至室溫，可得到可靠的玻璃與金屬的焊接件；

進(jìn)一步優(yōu)選，條件如下：

上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)真空凈化時(shí)間為5min，真空度不高于10^-1mpa，溫度為600-700℃；然后再在空氣氧化爐中進(jìn)行保溫制備氧化膜，保溫時(shí)間優(yōu)選5-20min，氧化得到以fe2o3和fe3o4為主要成分的氧化膜；

上述技術(shù)方案中，所述步驟(4)中所使用的爐和步驟(6)所使用的加熱爐為均為電阻加熱爐，步驟(6)焊后熱處理溫度為260-400℃，隨爐冷卻；

上述技術(shù)方案中，所述步驟(5)激光器為nd:yag激光器，激光焊參數(shù)為：激光功率為600-900w，焊接速度為2.5-5.5mm/s，離焦量?jī)?yōu)選為0mm，保護(hù)氣體為氬氣，氣體流量為20l/min，掃描次數(shù)為1-3次；

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有顯著優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明選用的材料為鉬組玻璃和可伐合金，二者在20-450℃范圍內(nèi)，熱膨脹系數(shù)非常相近，可以從根源上減小焊后應(yīng)力；

2.通過(guò)優(yōu)化激光焊工藝參數(shù)，可以精確控制熱輸入，避免了由于較大熱輸入造成的開(kāi)裂和熔斷等現(xiàn)象；本發(fā)明采用焊前預(yù)熱及焊后熱處理措施，避免了由于急速升溫和急速冷卻造成的開(kāi)裂。

3.激光焊接方法成本低，效率高，焊接質(zhì)量好，更加適合批量制造；

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明激光焊接示意圖；

圖2某一激光焊接尺寸示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步我說(shuō)嘛，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1

(1)將可伐合金表面用砂紙從400目磨至1200目，將鉬組玻璃用金相砂紙磨平，分別用丙酮、乙醇清洗表面，清洗時(shí)間分別為5min，將可伐合金和鉬組玻璃在爐中進(jìn)行烘干；

(2)可伐合金試樣尺寸為40×20×1.1mm，在真空度為10^-1mpa環(huán)境處理5min，然后在溫度為650℃爐中氧化10min；

(3)將ni2o3-mno2-b2o3金屬氧化物粉末(氧化物粉末質(zhì)量百分比組成為：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均勻，比例為150g/100ml，將涂覆液涂覆到步驟(2)可伐合金表面，涂覆層厚度為120μm；然后將可伐合金在爐中采用燒結(jié)方式制備中間層，溫度為800℃，時(shí)間為10min；(4)將氧化后的可伐合金試樣置于鉬組玻璃試樣(20×15×3mm)上，安裝在夾具上；

(5)預(yù)熱溫度為300℃，預(yù)熱時(shí)間15min；

(6)激光器型號(hào)為：yls-3000-sm，激光參數(shù)為：激光功率700w,焊接速度為2.5mm/s，氣體流量為20l/min；

(7)焊后熱處理溫度為350℃，隨爐冷卻；

(8)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)測(cè)試，采用本實(shí)例的方法焊接后，鉬組玻璃與金屬的抗剪切強(qiáng)度可達(dá)2.79mpa。

實(shí)施例2

(1)將可伐合金表面用砂紙從400目磨至1200目，將鉬組玻璃用金相砂紙磨平，分別用丙酮、乙醇清洗表面，清洗時(shí)間分別為5min，將金屬和鉬組玻璃在爐中進(jìn)行烘干；

(2)金屬試樣尺寸為40×20×1.1mm，在真空度為10^-1mpa環(huán)境處理5min，然后在溫度為650℃爐中氧化10min；

(3)將ni2o3-mno2-b2o3金屬氧化物粉末(氧化物粉末質(zhì)量百分比組成為：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均勻，比例為150g/100ml，將涂覆液涂覆到步驟(2)可伐合金表面，涂覆層厚度為120μm；然后將可伐合金在爐中采用燒結(jié)方式制備中間層，溫度為800℃，時(shí)間為10min；

(4)將氧化后的金屬試樣置于鉬組玻璃試樣(20×15×3mm)上，安裝在夾具上；

(5)預(yù)熱溫度為300℃，預(yù)熱時(shí)間15min；

(6)激光器型號(hào)為：yls-3000-sm，激光參數(shù)為：激光功率700w,焊接速度為3.5mm/s，氣體流量為20l/min；

(7)焊后熱處理溫度為350℃，隨爐冷卻；

(8)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)測(cè)試，采用本實(shí)例的方法焊接后，目組玻璃與金屬的抗剪切強(qiáng)度可達(dá)3.92mpa。

實(shí)施例3

(1)將可伐合金表面用砂紙從400目磨至1200目，將鉬組玻璃用金相砂紙磨平，分別用丙酮、乙醇清洗表面，清洗時(shí)間分別為5min，將金屬和目組玻璃在爐中進(jìn)行烘干；

(2)金屬試樣尺寸為40×20×1.1mm，在真空度為10^-1mpa環(huán)境處理5min，然后在溫度為650℃爐中氧化10min；

(3)將ni2o3-mno2-b2o3金屬氧化物粉末(氧化物粉末質(zhì)量百分比組成為：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均勻，比例為150g/100ml，將涂覆液涂覆到步驟(2)可伐合金表面，涂覆層厚度為130μm；然后將可伐合金在爐中采用燒結(jié)方式制備中間層，溫度為800℃，時(shí)間為10min；

(4)將氧化后的金屬試樣置于鉬組玻璃試樣(20×15×3mm)上，安裝在夾具上；

(5)預(yù)熱溫度為300℃，預(yù)熱時(shí)間15min；

(6)激光器型號(hào)為：yls-3000-sm，激光參數(shù)為：激光功率700w,焊接速度為4mm/s，氣體流量為20l/min；

(7)焊后熱處理溫度為350℃，隨爐冷卻；

(8)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)測(cè)試，采用本實(shí)例的方法焊接后，目組玻璃與金屬的抗剪切強(qiáng)度可達(dá)7.60mpa。

實(shí)施例4

(1)將可伐合金表面用砂紙從400目磨至1200目，將鉬組玻璃用金相砂紙磨平，分別用丙酮、乙醇清洗表面，清洗時(shí)間分別為5min，將金屬和鉬組玻璃在爐中進(jìn)行烘干；

(2)金屬試樣尺寸為40×20×1.1mm，在真空度為10^-1mpa環(huán)境處理5min，然后在溫度為650℃爐中氧化10min；

(3)將ni2o3-mno2-b2o3金屬氧化物粉末和酒精混合均勻，比例為150g/100ml，將涂覆液涂覆到步驟(2)可伐合金表面，涂覆層厚度為120μm；然后將可伐合金在爐中采用燒結(jié)方式制備中間層，溫度為800℃，時(shí)間為10min；

(4)將氧化后的金屬試樣置于鉬組玻璃試樣(20×15×3mm)上，安裝在夾具上；

(5)預(yù)熱溫度為300℃，預(yù)熱時(shí)間15min；

(6)激光器型號(hào)為：yls-3000-sm，激光參數(shù)為：激光功率700w,焊接速度為4.5mm/s，氣體流量為20l/min；

(7)焊后熱處理溫度為350℃，隨爐冷卻；

(8)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)測(cè)試，采用本實(shí)例的方法焊接后，目組玻璃與金屬的抗剪切強(qiáng)度可達(dá)12.81mpa。

實(shí)施例5

(1)將可伐合金表面用砂紙從400目磨至1200目，將鉬組玻璃用金相砂紙磨平，分別用丙酮、乙醇清洗表面，清洗時(shí)間分別為5min，將金屬和目組玻璃在爐中進(jìn)行烘干；

(2)金屬試樣尺寸為40×20×1.1mm，在真空度為10^-1mpa環(huán)境處理5min，然后在溫度為650℃爐中氧化10min；

(3)將ni2o3-mno2-b2o3金屬氧化物粉末(氧化物粉末質(zhì)量百分比組成為：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均勻，比例為150g/100ml，將涂覆液涂覆到步驟(2)可伐合金表面，涂覆層厚度為120μm；然后將可伐合金在爐中采用燒結(jié)方式制備中間層，溫度為800℃，時(shí)間為10min；

(4)將氧化后的金屬試樣置于鉬組玻璃試樣(20×15×3mm)上，安裝在夾具上；

(5)預(yù)熱溫度為300℃，預(yù)熱時(shí)間15min；

(6)激光器型號(hào)為：yls-3000-sm，激光參數(shù)為：激光功率700w,焊接速度為5.5mm/s，氣體流量為20l/min；

(7)焊后熱處理溫度為350℃，隨爐冷卻；

(8)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)測(cè)試，采用本實(shí)例的方法焊接后，目組玻璃與金屬的抗剪切強(qiáng)度可達(dá)6.70mpa。

實(shí)施例6

(1)將可伐合金表面用砂紙從400目磨至1200目，將鉬組玻璃用金相砂紙磨平，分別用丙酮、乙醇清洗表面，清洗時(shí)間分別為5min，將金屬和鉬組玻璃在爐中進(jìn)行烘干；

(2)金屬試樣尺寸為40×20×1.1mm，在真空度為10^-1mpa環(huán)境處理5min，然后在溫度為650℃爐中氧化10min；

(3)將ni2o3-mno2-b2o3金屬氧化物粉末(氧化物粉末質(zhì)量百分比組成為：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均勻，比例為150g/100ml，將涂覆液涂覆到步驟(2)可伐合金表面，涂覆層厚度為130μm；然后將可伐合金在爐中采用燒結(jié)方式制備中間層，溫度為800℃，時(shí)間為10min；

(4)將氧化后的金屬試樣置于目組玻璃試樣(20×15×3mm)上，安裝在夾具上；

(5)預(yù)熱溫度為300℃，預(yù)熱時(shí)間15min；

(6)激光器型號(hào)為：yls-3000-sm，激光參數(shù)為：激光功率600w,焊接速度為4.5mm/s，氣體流量為20l/min；

(7)焊后熱處理溫度為350℃，隨爐冷卻；

(8)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)測(cè)試，采用本實(shí)例的方法焊接后，鉬組玻璃與金屬的抗剪切強(qiáng)度可達(dá)4.64mpa。

實(shí)施例7

(1)將可伐合金表面用砂紙從400目磨至1200目，將鉬組玻璃用金相砂紙磨平，分別用丙酮、乙醇清洗表面，清洗時(shí)間分別為5min，將金屬和鉬組玻璃在爐中進(jìn)行烘干；

(2)金屬試樣尺寸為40×20×1.1mm，在真空度為10^-1mpa環(huán)境處理5min，然后在溫度為650℃爐中氧化10min；

(3)將金屬氧化物粉末(氧化物粉末質(zhì)量百分比組成為：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均勻，比例為150g/100ml，將涂覆液涂覆到步驟(2)可伐合金表面，涂覆層厚度為140μm；然后將可伐合金在爐中采用燒結(jié)方式制備中間層，溫度為800℃，時(shí)間為10min；

(4)將氧化后的金屬試樣置于鉬組玻璃試樣(20×15×3mm)上，安裝在夾具上；

(5)預(yù)熱溫度為300℃，預(yù)熱時(shí)間15min；

(6)激光器型號(hào)為：yls-3000-sm，激光參數(shù)為：激光功率700w,焊接速度為4.5mm/s，氣體流量為20l/min；

(7)焊后熱處理溫度為350℃，隨爐冷卻；

(8)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)測(cè)試，采用本實(shí)例的方法焊接后，鉬組玻璃與金屬的抗剪切強(qiáng)度可達(dá)12.81mpa。

實(shí)施例8

(1)將可伐合金表面用砂紙從400目磨至1200目，將鉬組玻璃用金相砂紙磨平，分別用丙酮、乙醇清洗表面，清洗時(shí)間分別為5min，將金屬和鉬組玻璃在爐中進(jìn)行烘干；

(2)金屬試樣尺寸為40×20×1.1mm，在真空度為10^-1mpa環(huán)境處理5min，然后在溫度為650℃爐中氧化10min；

(3)將金屬氧化物粉末(氧化物粉末質(zhì)量百分比組成為：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均勻，比例為150g/100ml，將涂覆液涂覆到步驟(2)可伐合金表面，涂覆層厚度為140μm；然后將可伐合金在爐中采用燒結(jié)方式制備中間層，溫度為800℃，時(shí)間為10min；

(3)將氧化后的金屬試樣置于鉬組玻璃試樣(20×15×3mm)上，安裝在夾具上；

(4)預(yù)熱溫度為300℃，預(yù)熱時(shí)間15min；

(5)激光器型號(hào)為：yls-3000-sm，激光參數(shù)為：激光功率800w,焊接速度為4.5mm/s，氣體流量為20l/min；

(6)焊后熱處理溫度為350℃，隨爐冷卻；

(7)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)測(cè)試，采用本實(shí)例的方法焊接后，鉬組玻璃與金屬的抗剪切強(qiáng)度可達(dá)9.86mpa。

實(shí)施例9

(1)將可伐合金表面用砂紙從400目磨至1200目，將鉬組玻璃用金相砂紙磨平，分別用丙酮、乙醇清洗表面，清洗時(shí)間分別為5min，將金屬和鉬組玻璃在爐中進(jìn)行烘干；

(2)金屬試樣尺寸為40×20×1.1mm，在真空度為10^-1mpa環(huán)境處理5min，然后在溫度為650℃爐中氧化10min；

(3)將金屬氧化物粉末(氧化物粉末質(zhì)量百分比組成為：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均勻，比例為150g/100ml，將涂覆液涂覆到步驟(2)可伐合金表面，涂覆層厚度為150μm；然后將可伐合金在爐中采用燒結(jié)方式制備中間層，溫度為800℃，時(shí)間為10min；

(4)將氧化后的金屬試樣置于鉬組玻璃試樣(20×15×3mm)上，安裝在夾具上；

(5)預(yù)熱溫度為300℃，預(yù)熱時(shí)間15min；

(6)激光器型號(hào)為：yls-3000-sm，激光參數(shù)為：激光功率900w,焊接速度為4.5mm/s，氣體流量為20l/min；

(7)焊后熱處理溫度為350℃，隨爐冷卻；

(8)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)測(cè)試，采用本實(shí)例的方法焊接后，鉬組玻璃與金屬的抗剪切強(qiáng)度可達(dá)6.35mpa。

注：◎表示優(yōu)，○表示良好，△表示一般，×表示不合格。