真空玻璃激光钎焊工艺参数优化：模拟、实验与微观结构分析

《Welding in the World》：Laser parameters optimization for vacuum glazing: simulation, experiment and microstructural analysis

本研究针对真空玻璃激光钎焊工艺，通过有限元分析（FEA）模拟和响应面法（RSM）优化激光功率、焊接速度和离焦距离等参数，聚焦玻璃最高温度（MTG）、焊料保持钎焊温度时长（DSMST）及玻璃最大应力（MSG）等关键指标。研究确定了最优参数组合（激光功率51.2 W、焊接速度1 mm·s?1、离焦距离400 mm），模拟值与预测值偏差小于±5.0%，微观结构分析进一步验证了参数范围有效性，为真空玻璃高效可靠封装提供了重要理论和技术支撑。

　　

本研究采用有限元分析（FEA, Finite Element Analysis）模拟技术，对真空玻璃的激光钎焊过程进行建模分析，重点关注三大核心指标：玻璃基体的最高温度（MTG, Maximum Temperature of Glass）、焊料保持钎焊温度的持续时间（DSMST, Duration of Solder Maintaining Soldering Temperature）以及玻璃内部的最大应力（MSG, Maximum Stress of Glass）。通过响应面方法论（RSM, Response Surface Methodology）对激光功率、焊接速度和离焦距离等钎焊参数进行系统性优化。

模拟结果表明，离焦距离是影响MTG和MSG的主导因素，而焊接速度则对DSMST起主要调控作用，激光功率也对MSG产生显著影响。经多元回归拟合，获得最优工艺参数组合为：激光功率51.2 W、焊接速度1 mm·s?1、离焦距离400 mm。在此条件下，MTG、DSMST和MSG的模拟值与模型预测值偏差均控制在±5.0%以内，显示出高度一致性。

研究进一步对不同参数条件下制备的真空玻璃样本进行微观结构观测。结果证实，真空玻璃激光钎焊的最佳参数范围为：激光功率45–60 W、焊接速度低于1.0 mm·s?1、离焦距离350–400 mm。参数过高或过低均可能导致玻璃基体损伤或焊料成型致密性不佳。此外，在激光钎焊过程中，焊料元素会向玻璃内扩散，且扩散程度受工艺参数的显著影响。