钼组玻璃与可伐合金的激光焊接工艺方法与流程

本发明涉及的是利用激光焊接进行目组玻璃与可伐合金焊接工艺，属于非金属与金属材料的技术连接领域，该工艺方法主要可以用于真空集热管和航空航天领域的焊接，属于焊接技术领域。

背景技术：

随着科学技术的快速发展，玻璃与金属连接技术可以应用于太阳能发电中，即获得高质量的太阳能真空集热管，可以大大提高太阳能热力发电的效率，同时对玻璃与金属的封接技术提出了更高的要求。

目前玻璃与金属的连接方法有阳极键合、钎焊、摩擦焊、电子束焊、爆炸焊等，但这些方法存在容易老化、精确度低、强度低和气孔多等缺陷。金属材料与玻璃连接的主要问题是：(1)热膨胀系数相差大，应力集中，焊后出现大量微裂纹，接头性能差；(2)玻璃材料主要结合方式是共价键，金属材料的主要结合方式是离子键和金属键，润湿性很差，界面结合困难；(3)非金属材料韧性差，容易发生断裂。玻璃材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀、绝缘性能优异等特点，但玻璃本身的低延展性和较差的冲击韧性限制了其在工程中的应用。金属材料具有良好塑韧性和切削加工性，而非金属材料脆性较大，与非金属材料形成了互补，因此对研发出一种可靠的玻璃与金属连接技术提出了迫切要求。

激光焊接技术是将两种异种材料通过高能束流，快速熔化，形成较小的热影响区，达到相互连接的目的。现有的激光焊接工艺原理主要为：激光束照射在金属表面，首先将金属融透，然后传热给玻璃，达到玻璃的软化温度，在界面处反应，生成新物质，形成化学结合。主要包含以下工艺步骤：(1)将焊接件进行表面处理；(2)为了防止在焊接过程中开裂，焊前进行预热，预热温度为260-400℃，保温时间为15min，(3)激光焊接，激光功率为600-900w，焊接速度为2.5-5.5mm/s，离焦量为0mm，保护气体为氩气，气体流量为20l/min，扫描次数为1-3道；(4)焊后热处理，随炉冷却，室温下取出焊接件。

研究发现采用激光焊接工艺热变形较小，热影响区小，精确度高，成形快；焊接过程中局部重叠部分加热和冷却保持着平衡，熔池非常稳定；能有效降低焊后应力，得到良好的焊接接头。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种钼组玻璃与可伐合金激光焊接新工艺，这种工艺提高了玻璃与可伐合金焊接接头的抗剪切强度及使用寿命，具有良好的经济性效果。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现，具体包括以下步骤：

(1)清洁试样：首先用金相砂纸将可伐合金表面的氧化膜去除，优选砂纸从400目打磨至1200目，然后进行抛光，最后进行脱脂去油处理；钼组玻璃表面用600-800目金相砂纸磨平；最后再分别用丙酮、乙醇和清水清洗表面，将金属和钼组玻璃在炉中进行烘干；

(2)制取氧化膜：将经过表面清洁后的可伐合金在真空中净化处理，然后放置在氧化炉中制备氧化膜，通过控制氧化时间和氧化温度获得不同厚度的氧化膜；

(3)制备中间层：将ni2o3、mno2、b2o3、al2o3、sio2氧化物粉末和酒精混合，制备成涂覆液，优选比例为每150g氧化物粉末对应100ml酒精，将涂覆液涂覆到步骤(2)可伐合金表面，使涂覆层厚度优选100-150μm；然后将可伐合金在炉中采用烧结方式制备中间层，温度为700-900℃，时间为5-20min；优选氧化物粉末质量百分比组成为：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％；

(4)焊前预热：将夹具放在炉中进行预热，预热温度为260-400℃，预热时间为15min；

(5)激光焊接：设定好激光焊工艺，对可伐合金和钼组玻璃进行激光焊接；

(6)焊后热处理：焊接结束后，将焊件迅速移至加热炉中进行去应力退火，随炉冷却至室温，可得到可靠的玻璃与金属的焊接件；

进一步优选，条件如下：

上述技术方案中，所述步骤(2)真空净化时间为5min，真空度不高于10^-1mpa，温度为600-700℃；然后再在空气氧化炉中进行保温制备氧化膜，保温时间优选5-20min，氧化得到以fe2o3和fe3o4为主要成分的氧化膜；

上述技术方案中，所述步骤(4)中所使用的炉和步骤(6)所使用的加热炉为均为电阻加热炉，步骤(6)焊后热处理温度为260-400℃，随炉冷却；

上述技术方案中，所述步骤(5)激光器为nd:yag激光器，激光焊参数为：激光功率为600-900w，焊接速度为2.5-5.5mm/s，离焦量优选为0mm，保护气体为氩气，气体流量为20l/min，扫描次数为1-3次；

本发明与现有技术相比较具有显著优点：

1.本发明选用的材料为钼组玻璃和可伐合金，二者在20-450℃范围内，热膨胀系数非常相近，可以从根源上减小焊后应力；

2.通过优化激光焊工艺参数，可以精确控制热输入，避免了由于较大热输入造成的开裂和熔断等现象；本发明采用焊前预热及焊后热处理措施，避免了由于急速升温和急速冷却造成的开裂。

3.激光焊接方法成本低，效率高，焊接质量好，更加适合批量制造；

附图说明

图1本发明激光焊接示意图；

图2某一激光焊接尺寸示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步我说嘛，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

(1)将可伐合金表面用砂纸从400目磨至1200目，将钼组玻璃用金相砂纸磨平，分别用丙酮、乙醇清洗表面，清洗时间分别为5min，将可伐合金和钼组玻璃在炉中进行烘干；

(2)可伐合金试样尺寸为40×20×1.1mm，在真空度为10^-1mpa环境处理5min，然后在温度为650℃炉中氧化10min；

(3)将ni2o3-mno2-b2o3金属氧化物粉末(氧化物粉末质量百分比组成为：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均匀，比例为150g/100ml，将涂覆液涂覆到步骤(2)可伐合金表面，涂覆层厚度为120μm；然后将可伐合金在炉中采用烧结方式制备中间层，温度为800℃，时间为10min；(4)将氧化后的可伐合金试样置于钼组玻璃试样(20×15×3mm)上，安装在夹具上；

(5)预热温度为300℃，预热时间15min；

(6)激光器型号为：yls-3000-sm，激光参数为：激光功率700w,焊接速度为2.5mm/s，气体流量为20l/min；

(7)焊后热处理温度为350℃，随炉冷却；

(8)强度实验测试，采用本实例的方法焊接后，钼组玻璃与金属的抗剪切强度可达2.79mpa。

实施例2

(1)将可伐合金表面用砂纸从400目磨至1200目，将钼组玻璃用金相砂纸磨平，分别用丙酮、乙醇清洗表面，清洗时间分别为5min，将金属和钼组玻璃在炉中进行烘干；

(2)金属试样尺寸为40×20×1.1mm，在真空度为10^-1mpa环境处理5min，然后在温度为650℃炉中氧化10min；

(3)将ni2o3-mno2-b2o3金属氧化物粉末(氧化物粉末质量百分比组成为：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均匀，比例为150g/100ml，将涂覆液涂覆到步骤(2)可伐合金表面，涂覆层厚度为120μm；然后将可伐合金在炉中采用烧结方式制备中间层，温度为800℃，时间为10min；

(4)将氧化后的金属试样置于钼组玻璃试样(20×15×3mm)上，安装在夹具上；

(5)预热温度为300℃，预热时间15min；

(6)激光器型号为：yls-3000-sm，激光参数为：激光功率700w,焊接速度为3.5mm/s，气体流量为20l/min；

(7)焊后热处理温度为350℃，随炉冷却；

(8)强度实验测试，采用本实例的方法焊接后，目组玻璃与金属的抗剪切强度可达3.92mpa。

实施例3

(1)将可伐合金表面用砂纸从400目磨至1200目，将钼组玻璃用金相砂纸磨平，分别用丙酮、乙醇清洗表面，清洗时间分别为5min，将金属和目组玻璃在炉中进行烘干；

(2)金属试样尺寸为40×20×1.1mm，在真空度为10^-1mpa环境处理5min，然后在温度为650℃炉中氧化10min；

(3)将ni2o3-mno2-b2o3金属氧化物粉末(氧化物粉末质量百分比组成为：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均匀，比例为150g/100ml，将涂覆液涂覆到步骤(2)可伐合金表面，涂覆层厚度为130μm；然后将可伐合金在炉中采用烧结方式制备中间层，温度为800℃，时间为10min；

(4)将氧化后的金属试样置于钼组玻璃试样(20×15×3mm)上，安装在夹具上；

(5)预热温度为300℃，预热时间15min；

(6)激光器型号为：yls-3000-sm，激光参数为：激光功率700w,焊接速度为4mm/s，气体流量为20l/min；

(7)焊后热处理温度为350℃，随炉冷却；

(8)强度实验测试，采用本实例的方法焊接后，目组玻璃与金属的抗剪切强度可达7.60mpa。

实施例4

(1)将可伐合金表面用砂纸从400目磨至1200目，将钼组玻璃用金相砂纸磨平，分别用丙酮、乙醇清洗表面，清洗时间分别为5min，将金属和钼组玻璃在炉中进行烘干；

(2)金属试样尺寸为40×20×1.1mm，在真空度为10^-1mpa环境处理5min，然后在温度为650℃炉中氧化10min；

(3)将ni2o3-mno2-b2o3金属氧化物粉末和酒精混合均匀，比例为150g/100ml，将涂覆液涂覆到步骤(2)可伐合金表面，涂覆层厚度为120μm；然后将可伐合金在炉中采用烧结方式制备中间层，温度为800℃，时间为10min；

(4)将氧化后的金属试样置于钼组玻璃试样(20×15×3mm)上，安装在夹具上；

(5)预热温度为300℃，预热时间15min；

(6)激光器型号为：yls-3000-sm，激光参数为：激光功率700w,焊接速度为4.5mm/s，气体流量为20l/min；

(7)焊后热处理温度为350℃，随炉冷却；

(8)强度实验测试，采用本实例的方法焊接后，目组玻璃与金属的抗剪切强度可达12.81mpa。

实施例5

(1)将可伐合金表面用砂纸从400目磨至1200目，将钼组玻璃用金相砂纸磨平，分别用丙酮、乙醇清洗表面，清洗时间分别为5min，将金属和目组玻璃在炉中进行烘干；

(2)金属试样尺寸为40×20×1.1mm，在真空度为10^-1mpa环境处理5min，然后在温度为650℃炉中氧化10min；

(3)将ni2o3-mno2-b2o3金属氧化物粉末(氧化物粉末质量百分比组成为：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均匀，比例为150g/100ml，将涂覆液涂覆到步骤(2)可伐合金表面，涂覆层厚度为120μm；然后将可伐合金在炉中采用烧结方式制备中间层，温度为800℃，时间为10min；

(4)将氧化后的金属试样置于钼组玻璃试样(20×15×3mm)上，安装在夹具上；

(5)预热温度为300℃，预热时间15min；

(6)激光器型号为：yls-3000-sm，激光参数为：激光功率700w,焊接速度为5.5mm/s，气体流量为20l/min；

(7)焊后热处理温度为350℃，随炉冷却；

(8)强度实验测试，采用本实例的方法焊接后，目组玻璃与金属的抗剪切强度可达6.70mpa。

实施例6

(1)将可伐合金表面用砂纸从400目磨至1200目，将钼组玻璃用金相砂纸磨平，分别用丙酮、乙醇清洗表面，清洗时间分别为5min，将金属和钼组玻璃在炉中进行烘干；

(2)金属试样尺寸为40×20×1.1mm，在真空度为10^-1mpa环境处理5min，然后在温度为650℃炉中氧化10min；

(3)将ni2o3-mno2-b2o3金属氧化物粉末(氧化物粉末质量百分比组成为：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均匀，比例为150g/100ml，将涂覆液涂覆到步骤(2)可伐合金表面，涂覆层厚度为130μm；然后将可伐合金在炉中采用烧结方式制备中间层，温度为800℃，时间为10min；

(4)将氧化后的金属试样置于目组玻璃试样(20×15×3mm)上，安装在夹具上；

(5)预热温度为300℃，预热时间15min；

(6)激光器型号为：yls-3000-sm，激光参数为：激光功率600w,焊接速度为4.5mm/s，气体流量为20l/min；

(7)焊后热处理温度为350℃，随炉冷却；

(8)强度实验测试，采用本实例的方法焊接后，钼组玻璃与金属的抗剪切强度可达4.64mpa。

实施例7

(1)将可伐合金表面用砂纸从400目磨至1200目，将钼组玻璃用金相砂纸磨平，分别用丙酮、乙醇清洗表面，清洗时间分别为5min，将金属和钼组玻璃在炉中进行烘干；

(2)金属试样尺寸为40×20×1.1mm，在真空度为10^-1mpa环境处理5min，然后在温度为650℃炉中氧化10min；

(3)将金属氧化物粉末(氧化物粉末质量百分比组成为：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均匀，比例为150g/100ml，将涂覆液涂覆到步骤(2)可伐合金表面，涂覆层厚度为140μm；然后将可伐合金在炉中采用烧结方式制备中间层，温度为800℃，时间为10min；

(4)将氧化后的金属试样置于钼组玻璃试样(20×15×3mm)上，安装在夹具上；

(5)预热温度为300℃，预热时间15min；

(6)激光器型号为：yls-3000-sm，激光参数为：激光功率700w,焊接速度为4.5mm/s，气体流量为20l/min；

(7)焊后热处理温度为350℃，随炉冷却；

(8)强度实验测试，采用本实例的方法焊接后，钼组玻璃与金属的抗剪切强度可达12.81mpa。

实施例8

(1)将可伐合金表面用砂纸从400目磨至1200目，将钼组玻璃用金相砂纸磨平，分别用丙酮、乙醇清洗表面，清洗时间分别为5min，将金属和钼组玻璃在炉中进行烘干；

(2)金属试样尺寸为40×20×1.1mm，在真空度为10^-1mpa环境处理5min，然后在温度为650℃炉中氧化10min；

(3)将金属氧化物粉末(氧化物粉末质量百分比组成为：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均匀，比例为150g/100ml，将涂覆液涂覆到步骤(2)可伐合金表面，涂覆层厚度为140μm；然后将可伐合金在炉中采用烧结方式制备中间层，温度为800℃，时间为10min；

(3)将氧化后的金属试样置于钼组玻璃试样(20×15×3mm)上，安装在夹具上；

(4)预热温度为300℃，预热时间15min；

(5)激光器型号为：yls-3000-sm，激光参数为：激光功率800w,焊接速度为4.5mm/s，气体流量为20l/min；

(6)焊后热处理温度为350℃，随炉冷却；

(7)强度实验测试，采用本实例的方法焊接后，钼组玻璃与金属的抗剪切强度可达9.86mpa。

实施例9

(1)将可伐合金表面用砂纸从400目磨至1200目，将钼组玻璃用金相砂纸磨平，分别用丙酮、乙醇清洗表面，清洗时间分别为5min，将金属和钼组玻璃在炉中进行烘干；

(2)金属试样尺寸为40×20×1.1mm，在真空度为10^-1mpa环境处理5min，然后在温度为650℃炉中氧化10min；

(3)将金属氧化物粉末(氧化物粉末质量百分比组成为：ni2o335％、mno210％、b2o319％、al2o35％、sio231％)和酒精混合均匀，比例为150g/100ml，将涂覆液涂覆到步骤(2)可伐合金表面，涂覆层厚度为150μm；然后将可伐合金在炉中采用烧结方式制备中间层，温度为800℃，时间为10min；

(4)将氧化后的金属试样置于钼组玻璃试样(20×15×3mm)上，安装在夹具上；

(5)预热温度为300℃，预热时间15min；

(6)激光器型号为：yls-3000-sm，激光参数为：激光功率900w,焊接速度为4.5mm/s，气体流量为20l/min；

(7)焊后热处理温度为350℃，随炉冷却；

(8)强度实验测试，采用本实例的方法焊接后，钼组玻璃与金属的抗剪切强度可达6.35mpa。

注：◎表示优，○表示良好，△表示一般，×表示不合格。