建筑用玻璃與不銹鋼-鈦合金的激光焊接工藝及性能研究.pdf

1、玻璃具有透明性好、耐腐蝕性強(qiáng)、硬度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑體系中。玻璃也已從單一的功能材料發(fā)展為結(jié)構(gòu)材料，玻璃的功能-結(jié)構(gòu)一體化的發(fā)展迅速。建筑用玻璃與金屬一般采用玻璃膩?zhàn)?、玻璃膠、橡膠密封條等材料連接，這些材料易硬化和老化。其它連接方法如陽極鍵合、釬焊、超聲波焊接、熔封等則無法實(shí)現(xiàn)大塊玻璃與金屬的快速高效連接。激光焊接具有快速、無污染、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，目前用于玻璃與金屬焊接研究的激光主要為短脈沖、超短脈沖激光，這類激光設(shè)備價格昂貴

2、并且在大物件焊接方面效率較低。為降低成本，本課題采用應(yīng)用較廣的長脈沖激光實(shí)現(xiàn)玻璃與不銹鋼/鈦合金的焊接。
　　本文玻璃與金屬的封接實(shí)質(zhì)是表面潤濕問題，在焊接實(shí)驗(yàn)之前首先進(jìn)行了玻璃與不銹鋼/鈦合金的潤濕性研究，分析了保溫溫度、保溫時間、粗糙度及有無氧化層對潤濕樣接觸角的影響，觀察了潤濕樣界面；其次根據(jù)玻璃與不銹鋼/鈦合金的特點(diǎn)確定了焊接方案，研究了焊接工藝參數(shù)(功率 P、脈寬 TP、頻率 f、離焦量 h、焊接速度v)對焊接件拉斷力的

3、影響；最后通過典型焊接件的斷口形貌、截面結(jié)構(gòu)的觀察，焊接產(chǎn)物的物相測定，總結(jié)了激光作用下建筑用玻璃與不銹鋼/鈦合金的焊接機(jī)理并分析了兩種材料與玻璃焊接的差異性。結(jié)果表明：隨著保溫溫度的升高或保溫時間的延長，玻璃與不銹鋼潤濕樣接觸角不斷減??；不銹鋼表面經(jīng)過預(yù)氧化處理可促進(jìn)其與玻璃的潤濕；鈦合金與玻璃的潤濕性要優(yōu)于不銹鋼與玻璃的潤濕性；正離焦量為+2mm有助于提高玻璃與不銹鋼/鈦合金焊接件拉斷力；玻璃與不銹鋼焊接件拉斷力最大為67.32N，

4、對應(yīng)的工藝參數(shù)為P=165W，TP=2.5ms，f=10Hz，h=+2mm, v=3mm/s；鈦合金與玻璃的焊接件最大拉斷力為140.76N，對應(yīng)的工藝參數(shù)為P=170 W，TP=2.5ms，f=10Hz，h=+2mm, v=3mm/s；脈沖點(diǎn)作用區(qū)玻璃與金屬充分混合形成的鑲嵌結(jié)構(gòu)可有效提高焊接件拉斷力；玻璃與鈦合金在焊接過程中形成了新物質(zhì)Ti5Si3，焊接件拉斷力較不銹鋼的要高。
　　本課題獲得的研究成果及關(guān)鍵技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)建筑用