[发明专利]一种透明薄玻璃激光透射焊接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光透射焊接技术领域，特别涉及一种透明薄玻璃激光透射焊接的方法。

背景技术

玻璃材料具有耐腐蚀性、耐高温、不导电、抗氧化等优点，目前广泛使用于电工电子、微机电系统(MEMS)及对结构强度要求较高的航空航天等领域。目前已有多种方法可以实现透明玻璃间的连接，包括胶粘剂粘接、阳极键合、固相连接、熔融微焊接等。虽然胶粘剂可以连接不同材料，但是胶粘剂释放气体、光致漂白导致过早老化，可能导致周围器件受到污染；阳极键合的不足在于需要两键合材料的热膨胀系数相近，否则在键合的冷却过程中会因较大的内部应力导致破碎；不同固态连接有各自的优缺点，如扩散焊待焊表面制备要求高且焊接时间较长；熔融焊接过程中有内在的高温相变，材料内部形成热影响区而使不同热膨胀系数的材料焊接容易出现破裂。

激光透射焊接是一种非接触式焊接方式，具有免于填料，热变形小，外形美观，精细度高，速度快等优点，适用于多种场合，特别是微小区域的精密焊接，因此被广泛应用于航空航天、军事、汽车制造、电子电气、半导体、家具制造、通讯器件等领域。在传统的激光焊接透明玻璃工艺中，采用连续或长脉冲激光，由于需要加入焊料或涂层而存在很大的缺陷，例如专利号为CN105003506A的专利提出了一种透明材料低温激光微焊结构及其焊接方法，该方法在第一连接件和第二连接件之间设置经激光照射后可凝结的溶胶凝胶作为焊接层，采用激光照射后可以使两连接件实现焊接，但该方法制备溶胶凝胶的原料成本较高且制备周期较长，同时凝胶中存在大量微孔往往会造成焊接质量的下降。专利号为CN102909474A和CN103011571A的专利申请，其分别提出一种对透明材料进行激光焊接的方法和一种对显示器面板玻璃进行焊接的方法，这两种方法将超短脉冲激光和长脉冲激光同步后合并光束通过物镜聚焦在两块待焊接透明材料的分界面上，利用超短脉冲激光使焦点中心产生自由电子吸收长脉冲激光，当自由电子吸收的长脉冲的能量达到待焊接材料熔化阈值，焦点中心附近的材料发生熔化并融合连接在一起实现焊接，但是该方法有如下缺点：(1)无法对待焊接透明玻璃实现焊前预热及焊后缓冷；(2)不具备温度及焊缝质量反馈闭环控制，不易实现自动化生产要求；(3)焊接效率较低，且成本较高。专利号为CN103182604A的专利提出了一种激光复合焊接方法与系统，该方法包括发射第一波长的激光用于增加待焊接工件对第二波长激光的吸收率，将第一及第二波长激光合成一束，同时聚焦于工件进行焊接，该方法针对电机磁芯材料及金属材料并不适用于玻璃等透明材料。红外线频率较低导致透明玻璃对于红外线吸收较差，达不到预热效果，而卤素灯加热效率太低且预热面积及温度不易控制。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种透明薄玻璃激光透射焊接的方法，利用所述紫外波长激光束对待焊接透明薄玻璃照射实现焊前预热及焊后缓冷以降低残余应力，利用所述红外波长激光束进行激光焊接，可有效降低工件的残余应力，限制加工成本且提高焊接效率及焊接质量。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种透明薄玻璃激光透射焊接的方法，包括如下步骤：

S01：将两块待焊接的上层玻璃和下层玻璃清洗处理，在下层玻璃上表面镀钛薄膜；

S02：将经过S01步骤处理后的上层玻璃与下层玻璃上镀有钛薄膜的上表面搭接，并放置于基座上；然后将透光玻璃放置于上层玻璃上，通过对透光玻璃施加均匀的夹紧力，进而对上层玻璃和下层玻璃实现夹紧；

S03：选择紫外波长激光器和红外波长激光器，其中紫外波长激光器发射波长为325～400nm的紫外波长激光束，红外波长激光器发射波长为900～1064nm的红外波长激光光束，紫外波长激光束和红外波长激光束经过准直聚焦系统，并经过焊接头聚焦在上层玻璃与下层玻璃的搭接面；

S04：仅打开紫外波长激光器，将紫外波长激光束聚焦在上层玻璃与下层玻璃的搭接处进行预热；预热完成后再打开红外波长激光器，通过准直聚焦系统将紫外波长激光束和红外波长激光束同步并束后透过透光玻璃聚焦在上层玻璃与下层玻璃的搭接面；利用红外波长激光束辅以紫外波长激光束进行焊接，焊接完成后先关闭红外波长激光器，继续利用紫外波长激光束对已焊接的搭接处进行焊后缓慢冷却。

进一步，所述S01步骤具体为：将上层玻璃和下层玻璃用乙醇进行超声波清洗，清除其表面杂质之后放置于干燥箱内干燥6～24h，使用磁控溅射仪在下层玻璃上表面镀上一层钛薄膜，用以增强对激光束的吸收率。

进一步，所述钛薄膜厚度为200nm～300nm。