石英-钛合金飞秒激光焊接接头

异种材料可靠连接

针对光电效应研究容器的非光学接触焊接需求，实现石英玻璃与TC4钛合金的一次性可靠连接。

王刚 · Zhang, Runbo · Xu, Xiangyu · 任远 · 范成磊

Materials 2025

参数信息

最大剪切强度

14.4 MPa

焊接间距阈值

30 μm

技术优势

通过参数独立控制双方向应力

离焦距离主要调节激光冲击方向（DLI）的残余应力，焊接间距则控制间距方向（DS）的应力，为定向调控接头应力场提供了工艺手段。

揭示应力的微观机理

几何相位分析（GPA）表明，焊接间距小于30 μm时，焊缝区内部的不均匀收缩诱发拉应力，导致间距方向残余应力剧烈波动并削弱剪切强度，为工艺窗口设定提供直接依据。

应用场景

• 精密仪器与测量：为光电效应研究容器提供石英窗与钛合金壳体的免中间层连接，保证真空密封与光学透过。
• 光学与光子学：焊接区仅沿激光扫描路径分布，对光学表面影响极小，适合光学窗口与金属构件的集成。
• 超快激光：利用飞秒激光超短脉冲在异种界面实现微区熔合，为工艺参数-应力关系提供直接证据。
• 高级陶瓷与复合材料：克服石英玻璃与TC4的热膨胀失配，通过参数优化获得14.4 MPa的可靠接头。