试述平板玻璃真空玻璃激光焊接成型学报

摘要：真空平板玻璃是一种透明、节能型高技术玻璃深加工产品,制造技术难度高,其中封边性能是一个一直困扰科研工作者的难点。真空玻璃封边焊接涉及到脆性材料(玻璃)的热应力不足,而脆性材料的焊接不同于金属材料,其传热系数小,易碎等特性,决定了其不能用普通焊接策略焊接。现阶段,真空平板玻璃采取高温熔接法封接,该策略将玻璃和焊料放入高频加热炉中,焊料和玻璃基材温度较均匀,热应力较小,但其生产速度较慢。本论文来源于国家自然科学基金项目《面向长时间高温封接的真空平板玻璃LOW-E膜失效机理及其对玻璃表面应力分布的影响探讨》。在掌握高温生产制造真空平板玻璃的工艺基础上,充分理解激光焊接技术的条件下,借助有限元浅析软件ANSYS模拟浅析真空平板玻璃激光焊接的成型历程,并通过对微观组织结构浅析检验激光焊接的可行性,来解决现阶段真空平板玻璃不能快速封边不足。探讨发现,热量的输入是影响真空平板玻璃焊接性能的重要因素之一。热输入量越小,热源性质就可制约较为精确,焊接时的热影响区的热膨胀量就小,出现的残余应力越小越不容易产生因受热不均造成的破碎现象。激光焊接具有高能量密度、焊接速度快、热影响区较小的特点,是较为理想的焊接脆性材料的策略。本论文中,运用有限元软件ANSYS模拟真空玻璃激光焊接历程中温度场的变化情况,找到了温度场变化的规律,即热源加载完成后,玻璃基材随热源升温的速度非常不均匀,靠近焊料的部分温度变化较大,远离焊料的部位没有变化,热量沿垂直玻璃面的Z方向温度梯度变化较大,且热量向四周对流散热量较多,向内部传递热量较少。通过热结构耦合模拟浅析了温度梯度对应力应变产生的影响情况,真空保温状态下是边角处变形较大,常温下冷却时周边变形较小而中间部位变形最大。本论文中实验是在对玻璃基材、低熔点焊料充分预热的条件下,用激光对真空玻璃封边。在严格制约热输入量的情况下,快速对试件四边进行焊接,以保证各边受热均匀,以而提升接头的塑性和强度。通过两种不同激光束运动速度5mm/s、10mm/s情况下的试样组织结构浅析,得出5mm/s速度较匹配试验中激光束能量密度,能够顺利制造出焊缝组织结构晶粒生长情况较好的试样,且以能谱图得出焊料与玻璃基材结合较好的结果。综上所述,本论文通过有限元浅析,正确浅析了焊接历程中温度场变化对应力应变产生的影响历程；通过实验,浅析了不同组织结构形状对应的焊接后结构性能的影响,说明激光焊接技术可以运用于真空平板玻璃的侧封,作为国家自然科学基金项目的组成部分,本课题具有良好的工程实际作用。关键词：真空平板玻璃论文激光焊接论文有限元法论文微观组织论文

摘要3-4

Abstract4-5

目录5-7

第一章 绪论7-18

1.1 前言7

1.2 真空平板玻璃介绍7-12

1.2.1 真空平板玻璃的进展史7-10

1.2.2 透光保温玻璃的探讨进展10-12

1.3 真空玻璃制造技术的关键不足探讨12-15

1.3.1 真空平板玻璃的制造工艺12-13

1.3.2 真空平板玻璃的支撑物13-14

1.3.3 平板形玻璃的相关应力探讨14-15

1.4 真空玻璃激光焊接的探讨进展15-16

1.5 课题来源与探讨内容16-17

1.6 本章小结17-18

第二章 真空玻璃激光焊接的有限元浅析18-37

2.1 有限元法及ANSYS软件特点18-21

2.2 温度场的有限元浅析21-27

2.2.1 定义材料属性21

2.2.2 建模与划分网格21-22

2.2.3 热源的施加22-23

2.2.4 激光焊接温度场浅析23

2.2.5 时间步长的确定23

2.2.6 计算及结果浅析23-27

2.3 残余应力应变的有限元浅析27-36

2.3.1 热-结构耦合27-28

2.3.2 边界条件的处理28

2.3.3 计算结果及浅析28-36

2.4 本章小结36-37

第三章 真空玻璃激光焊接试验材料及测试策略37-47

3.1 实验材料37

3.2 激光焊接技术37-41

3.2.1 激光焊接37-38

3.2.2 激光焊接的优缺点38

3.2.3 激光同金属材料间的相互作用38-40

3.2.4 激光与非金属材料之间的相互作用40-41

3.3 激光参数对焊接性能的影响41

3.4 Nd：YAG激光器41-42

3.5 实验案例42

3.6 切割实验试样42-43

3.7 测试策略43-46

3.7.1 金相浅析技术43-44

3.7.2 扫描电镜和能谱浅析44-46

3.8 本章小结46-47

第四章 真空玻璃激光焊接试验探讨47-59

4.1 焊前表面处理47

4.1.1 手工研磨处理47

4.1.2 表面清洗47

4.2 焊前样品制作与干燥处理47-48

4.3 实验历程48-49

4.3.1 抽真空49

4.3.2 真空环境中预热49

4.3.3 焊封样品实验49

4.4 实验浅析49-58

4.4.1 切割试样49-50

4.4.2 金相组织测试50-52

4.4.3 扫描电镜(SEM)52-56

4.4.4 能谱浅析56-58

4.5 本章小结58-59

第五章 总结和展望59-61

5.1 工作总结59

5.2 工作展望59-61