论文部分内容阅读
本文针对太阳能热能发电中核心部件太阳能集热管对封接的迫切需求,提出以激光方法实现大尺寸硼硅3.3玻璃和可伐合金的封接;设计相关工艺方案,摸索出能够得到较好氧化膜厚度和润湿性能的预处理工艺,并设计出满足多种加工要求的夹具:通过初步比较研究不同波长激光器和封接形式,确定了可行的激光透射封接方法,并对工艺方法进行了优化。在实验获得良好封接件的基础上,对封接界面进行了分析,并对封接过程中两种材料的热传导特性做了初步的理论模拟,最后对大尺寸硼硅3.3玻璃—可伐合金激光封接的可行性进行了探究。
可伐合金表面氧化层物质的不同组成,不仅影响着材料的润湿性能,还直接关系到在激光作用过程中,能否和玻璃生成稳定封接。对可伐合金表面氧化过程作深入分析,根据表面和水的接触角及氧化增重,对实现较好封接质量的工艺参数进行分析优化,得到综合性能较好的工艺参数为:空气气氛下,加热温度约650~750℃,保温时间约30~60 min,空气接触面为粗糙表面。并据此对激光辐照可伐合金表面改善其润湿性功能进行了研究,激光辐照可以使可伐合金表面润湿性能得到提高。当可伐合金表面出现长度约1~2μm的针状微颗粒物时,将极大的改善可伐合金的封接性能。
通过研究硼硅3.3玻璃、可伐合金与激光之间相互作用的基本规律和基本性质,实验预研不同的激光封接方法,提出了一种激光透射封接方法,可以有效的解决硼硅3.3玻璃和可伐合金激光大尺寸封接过程中遇到的一些问题,得到较好的封接效果。此方法优化工艺条件为:取经氧化预处理有微颗粒物的可伐合金表面,激光功率P=200W,光束扫描速度v=25mm/s,2次扫描,正离焦5mm。
采用激光共聚焦显微镜、SEM等观察分析封接界面形貌,利用EDX、XRD、Raman、俄歇电子能谱等分析组织成分,分析硼硅3.3玻璃-可伐合金获得良好封接时的生成产物,发现在界面处主要为Fe2SiO4。针对封接过程中的裂纹等问题,通过分析激光封接过程中的热传导,使用ANSYS软件初步分析封接过程中界面和材料中温度的基本变化规律,做出初步解释。
论文工作对激光封接大尺寸硼硅3.3玻璃和可伐合金的可行性进行了探究,采用激光透射封接方法,在采用适宜封接的可伐合金表面氧化层、合适接头形式和合理控制材料内部温度场分布等条件下,可以获得良好封接效果。