Aplicación de la tecnología de soldadura láser en vidrio

Con el rápido desarrollo de la tecnología láser, el láser se utiliza ampliamente en la soldadura de acero inoxidable, acero al carbono y otros materiales.El vidrio es un material transparente y frágil, la fuente de luz láser tradicional no es fácil de absorber, el vidrio endotérmico debido a su gran coeficiente de expansión térmica, fácil de agrietar durante la soldadura, no es adecuado para el procesamiento de soldadura láser tradicional.

En general, hay dos métodos principales para soldar materiales transparentes, como vidrio y plástico.Una es recubrir la interfaz de soldadura con pigmento opaco o añadir una capa intermedia para aumentar la absorción láser.El material cerca de la interfaz absorbe el láser, la temperatura aumenta, el material se derrite y luego se solidifica para realizar la conexión del material transparente.Otro método es utilizar una fuente de luz especial para soldar.La fuente láser de alta densidad de potencia hace que los materiales transparentes se absorban no linealmente para formar juntas de soldadura eficaces.Cada vez más investigadores e ingenieros se centran en láseres con fuentes de luz especiales para soldadura en diferentes aplicaciones de mecanizado.

1. Situación actual de la investigación

En los últimos años, la soldadura de vidrio y silicio monocristalino se ha realizado utilizando fuentes de luz especiales.Polaonyx usa un escaneo láser especial de una sola línea / Multi - línea para soldar y sellar vidrio.La tapa final de vidrio de 100 μm de espesor fue soldada a la fibra de microestructura por láser, y la tapa final de la fibra estándar y la fibra de microestructura fueron soldadas con éxito.Tamaki utilizó un láser de longitud de onda de 1558 nm para realizar con éxito la soldadura entre diferentes tipos de vidrio y entre vidrio y silicio. La fuerza de soldadura alcanzó 9,87 MPA y 3,74 MPA, respectivamente.

Sin embargo, la mayoría de los estudiosos han estudiado los resultados de la soldadura láser de vidrio, la zona de fusión de soldadura es una forma de gota, que consiste principalmente en tres partes, a saber, la parte superior es una cavidad circular, la parte media es una zona de fusión, la parte inferior es una estructura lineal de micro - cavidad.Las cavidades superior e inferior son propensas a la concentración de esfuerzo, mal control de parámetros y grietas.Además, debido a su estructura de gota, el control inadecuado del espaciamiento de la línea puede dar lugar a soldaduras intermitentes y no conectadas.

2. Materiales y métodos de ensayo

El material utilizado en el ensayo es vidrio óptico y el tamaño de la muestra es de 25 × 25 × 1 mm.Los procedimientos de ensayo de soldadura son los siguientes:

La superficie del vidrio está limpia.Sumergir las láminas de vidrio en alcohol durante 5 ~ 10 minutos, enjuagar la superficie de vidrio con agua destilada durante 3 ~ 5 veces, y secar las manchas de agua en la superficie de vidrio con aire caliente.

Prensado y soldadura de láminas de vidrio.Coloque la placa de vidrio laminado en la ranura de localización de la abrazadera, ajuste el mecanismo de la abrazadera de soldadura, presione el área alrededor de la placa de vidrio para hacer que la placa de vidrio se ajuste estrechamente.Estudios experimentales realizados por antiguos investigadores científicos han demostrado que la brecha de Unión de vidrio para la soldadura de vidrio debe ser inferior a 100 nm (otra opinión es que es inferior a un cuarto de la longitud de onda láser).

Ajuste el foco a la articulación de las dos piezas de vidrio.Cuando el láser se transfiere del aire al vidrio, se refracta y el foco se desplaza.Por lo tanto, el foco se encuentra a través de la lámina de vidrio y la altura de la lente vibratoria de la superficie de vidrio vertical se ajusta a intervalos iguales.Las placas de vidrio se escanearán utilizando la misma caja de energía.Observe la posición de la interfaz láser bajo la placa de vidrio absorbente, que es la posición focal.

Soldadura láser de vidrio.Repita los pasos (b) y (c) para presionar y soldar la placa de vidrio, ajuste el foco a la interfaz de vidrio, ajuste los parámetros apropiados del proceso de soldadura láser (potencia, velocidad, patrón de escaneo, etc.) para soldar el vidrio, y cuando la energía láser supere un determinado umbral, la Interfaz de vidrio será alta,Puede causar ionización multiphoton del material de vidrio.Los electrones libres ionizados aceleran y colisionan con otros átomos, lo que conduce a la ionización de avalanchas.El aumento de la temperatura del material hace que la temperatura del vidrio alcance el punto de fusión y se derrita, y se enfría después del tiempo de desconexión para realizar la soldadura.

3 Proceso de soldadura de vidrio láser especial

El experimento de soldadura de vidrio adopta un láser especial, toda la zona de soldadura (4 × 4 mm) tiene una forma de soldadura uniforme, una pequeña deformación del material después de la soldadura, un pequeño cambio en la planitud del material y un pequeño espesor de la zona de fusión de soldadura en la interfaz entre los dos materiales.No se observaron daños térmicos en el vidrio a ambos lados de la zona de fusión.

La imagen de la sección final del vidrio después de la soldadura muestra que la zona de fusión de soldadura no es una gota de agua, y no hay defectos de la fuente de grieta de soldadura, tales como la cavidad circular superior y la pequeña cavidad con estructura lineal en la parte inferior.No hay grietas lineales intermitentes en la zona de fusión intermedia.La prueba de resistencia a la soldadura se llevó a cabo, el material se rompió en la zona del metal base, la Junta de soldadura no se cayó, la soldadura tiene una buena resistencia a la soldadura.

4 Resumen y perspectivas

Using a special laser source and adjusting the appropriate welding process parameters, the glass material will absorb the laser nonlinearly, and the material will be solidified after melting, so that the two transparent glasses can form a strong welding zone without adding solder, and successfully realize direct welding of the optical glass. The two layers of materials in the optical glass welding and fusion area are integrated, there is no obvious macro or micro cracks, no drop shape, so there is no drop-shaped round cavity at the top and linear damage zone at the bottom, and there is no linear unfusion at the interface, which effectively avoids tDespués de la prueba de resistencia, todavía hay puntos de soldadura en la superficie de la muestra, y la resistencia de la conexión es alta.

En los últimos años, con el rápido desarrollo de 5G, carga inalámbrica, comunicación óptica y tecnología de chips, los materiales de vidrio se han convertido gradualmente en componentes electrónicos 3C debido a sus ventajas sobresalientes, como el bajo blindaje de la señal electromagnética, alta dureza, peso ligero, bajo costo y adecuado para la producción en masa.La soldadura láser de vidrio tendrá una amplia perspectiva de aplicación.