基于热裂法的液晶玻璃基板激光切割技术研究

为了实现液晶玻璃基板的可控断裂切割,提出了一种液晶玻璃基板激光切割的新方法。采用Nd:YAG激光在液晶玻璃基板上预置初始裂纹,用CO_2激光作为热源对其进行加热,并用Ar气进行冷却。分析了激光光斑尺寸和液晶玻璃基板厚度对切割的影响,并与传统机械切割进行了对比。用扫描电子显微镜检测了激光切割后切割表面及断面形貌。结果表明,运用机械切割,其基体内存在大量的微裂纹,而基于热裂法的液晶玻璃基板激光切割表面光滑平直、无毛刺、基体内无微裂纹存在,切割断面影响区小于20μm,优越性明显高于机械切割。

钠钙玻璃板激光热应力切割过程的有限元仿真

为了使脆性材料板的激光热应力切割得以完成并提高切割质量,提出了一种切割过程的仿真方法.利用有限元法分析玻璃板在激光扫描过程中的瞬态热传导,求得瞬态温度场.按热弹性平面应力理论分析热应力场,并采用最大切向应力准则和节点松弛法模拟板材的开裂.通过该仿真方法分析了钠钙玻璃板的切割过程,根据所导致的温度最高值和板材的开裂情况,研究了激光功率和激光扫描速度这两个关键参数对切割的影响,并给出了可完成连续切割的参数范围.仿真结果表明,该方法可以对激光功率和扫描速度等激光参数进行优化调节,从而改善切割的质量.

激光热应力切割玻璃实验与分析

CO2激光器平均输出功率为100W时,通过聚焦光路在玻璃表面形成圆型的聚焦点。玻璃强烈地吸收10.6μm的激光,激光能量被玻璃表面15μm厚的吸收层吸收,形成局部的应力纹样分布(设定的切割线)。介绍了淬火气嘴将冷空气吹到玻璃表面对受热区域进行快速淬火;100W的激光能量照射玻璃表面,产生高于玻璃软化的温度;吹气冷却形成应力集中的热应力层,使玻璃从切开的断口沿切割线断开,断口光洁。实验证明,激光热应力切割玻璃的最佳速度是400mm/s。

激光切割液晶玻璃的表面边缘质量分析

在使用激光器切割液晶玻璃过程中,时常会碰到边缘质量问题.从断裂力学的角度,运用实验和数值模拟的方法,探讨了激光扫描速度对裂纹尖端应力强度因子的影响,研究了玻璃表面边缘质量缺陷问题、裂纹偏转角以及裂纹扩展到分叉点时的应力强度因子变化.结果表明:仅增加激光扫描速度2mm/s,对裂纹尖端I型和II型应力强度因子的降低就非常明显;裂纹表面边缘的气泡以及缺陷是由于激光扫描过程中局部温度达到玻璃软化温度造成的;裂纹的偏转角符合最大周向应力准则;裂纹分叉点的应力强度因子大小已超过玻璃断裂韧度,而且在扩展到分叉点过程中,应力强度因子KII的作用呈不断增大现象.

基于有限元的热裂法切割液晶玻璃的仿真分析

介绍了激光热裂法,即利用移动热源控制裂纹切割玻璃。运用有限元软件Ansys的参数化设计语言建立二维模型,对激光扫描玻璃模型进行仿真。通过该仿真研究了切割过程中裂纹尖端附近的应力和裂纹尖端的应力强度因子,讨论了激光功率和激光扫描速度两关键加工参数对切割的影响,并给出了裂纹可连续扩展的加工参数范围。仿真结果表明,以裂纹尖端的应力强度因子为参考进行仿真,可以更直观的解释热裂法机理,并可以对实际激光切割液晶玻璃的加工参数进行更准确的预测,从而减少实际切割的盲目性。

激光热裂法非对称切割玻璃路径偏移研究

针对激光热裂法非对称切割液晶玻璃路径偏移问题,基于传热学和断裂力学基本理论,用ABAQUS建立有限元(FEM)模型模拟温度场分布,建立扩展有限元(XFEM)模型模拟裂纹动态扩展过程,研究了激光功率、光斑半径、扫描速度及切割位置对路径偏移量大小的影响。结果表明:激光热裂法非对称切割路径两侧应力分布不同,切割路径向材料尺寸小的一侧偏移;切割位置对偏移量影响最大,激光功率影响最小;激光功率越大、扫描速度越小以及切割位置距对称切割位置越远,则偏移量越大;当光斑半径小于1.6 mm时,偏移量随光斑半径的增大而减小,反之则增大。

激光诱导热裂切割玻璃的声发射信号监测技术

现阶段各个领域对玻璃切割质量的要求越来越高,作为一种新兴的切割技术,激光诱导热裂相对于传统切割有很大优势,但在切割过程中裂纹扩展轨迹会偏离预定的路径。若要改善这种偏离现象,切割时需要通过对裂纹扩展状态的实时监测来确定补偿策略,而声发射作为一种无损检测方法在此方面有着巨大的优势。针对激光诱导热裂切割玻璃过程中产生的声发射信号进行了模态分析和小波包分析,确定了最优的小波基及分解尺度选择的依据。在实验中,通过对传感器进行优化布局并采用时差定位方法对裂纹尖端位置进行了定位分析。在此基础上,进行了激光诱导热裂切割玻璃声发射信号监测实验研究,探求了声发射(acoustic emission,AE)信号特征与裂纹扩展状态两者之间的联系。

6.45μm激光加热浮法玻璃后温度分布特性研究

为了提升激光可控断裂法切割玻璃的质量,研究了6.45μm激光照射浮法玻璃后材料的温度变化。利用激光输出的连续功率计算了6.45μm激光照射玻璃后的温度分布,并通过实验验证了该模型的正确性;模拟对比了相同激光参量下6.45μm激光和10.6μm激光加热玻璃后的温度场,通过实验获得了光滑、无表面裂纹的切割样品。结果表明,6.45μm激光产生的表面温度低于10.6μm激光;6.45μm激光可以利用热裂法获得高质量切割端面。该研究对中红外激光玻璃切割的模型建立和方案优化具有一定的帮助。

液晶显示玻璃基板激光切割热应力场的有限元仿真

激光切割玻璃基板是一个复杂的激光与材料相互作用的过程。为了掌握切割过程中热应力场的动态分布,提高切割质量,提出了一种热应力场的仿真方法。在有限元软件Ansys环境下,建立了三维液晶显示玻璃基板激光切割热应力场的有限元分析模型。采用间接法方式对温度场和热应力场进行耦合;通过APDL参数化编程语言,实现了对激光移动热源及射流冲击换热模型的仿真。仿真结果表明:在切割过程中,激光照射区内表现为压应力,压应力最大值出现在热源中心处;在激光光斑前、后一段距离内及冷却点附近均表现为拉应力。增大冷却效果及减小冷却点与激光光斑间的距离,均可增大拉应力δy的值。

双束CO2激光切割玻璃的实验研究

为了寻求更加有效的激光切割玻璃的方法,提高玻璃的切割质量,在激光热应力切割玻璃的基本原理的基础上,比较了单束聚焦CO2激光与单束非聚焦CO2激光切割玻璃的优劣,提出了双束CO2激光热应力切割的方法。先用一束低功率聚焦的CO2激光在玻璃表面划线,而后用非聚焦的CO2激光沿着该划线进行扫描,在热应力的作用下使玻璃沿着该划线分离,从而实现玻璃的切割。实验分析了单束和双束CO2激光热应力切割玻璃的切割效果。结果表明,相对于单束CO2激光切割的方法,利用双束CO2激光进行玻璃的切割,既可以保证切缝沿既定方向扩展又可以提高切面的光洁度,是一种比较理想的玻璃切割方法。

激光热应力控制断裂切割技术的研究进展

总结和分析了激光热应力控制断裂切割技术(激光热裂切割技术)的基本原理、技术特点以及优缺点。针对激光热裂切割技术存在的问题,详细阐述了近20年来发展起来的以热应力控制断裂为基本原理的激光切割改进技术,包括辅助激光热裂切割技术(水冷、预弯曲辅助等)、双激光束热裂切割技术、激光隐形切割技术、激光多焦点热裂切割技术、超短脉冲激光热裂切割技术、基于热应力法微波切割技术和适用于非对称切割材料(包括非对称直线切割、折线切割、曲线切割等)的激光切割路线偏离矫正技术。通过对比和分析各类切割技术的优缺点,希望为激光热裂控制切割脆性材料技术的进一步探索和研究提出可行性思路。最后,在此基础上对激光热裂切割脆性材料存在的问题和发展前景进行总结并提出相关建议。

基于热权函数技术的热裂法切割液晶玻璃的研究

激光切割液晶玻璃是一个复杂的激光与材料相互作用的过程。在使用热裂法切割液晶玻璃时,裂纹尖端的应力强度因子(SIF)的大小是决定裂纹是否扩展的关键。使用热权函数技术计算了激光切割过程中裂纹尖端SIF的大小,与断裂判据相比较判断裂纹的扩展情况。研究了激光功率、光斑半径、切割速度和裂纹长度对切割过程中裂纹尖端SIF的影响,结果表明激光功率越大、切割速度越小、光斑半径越小时,裂尖SIF的增大速度越快、峰值越大以及不同裂纹长度下裂尖SIF的增大速度和峰值也不同。并通过实验进行验证,说明了该技术的可行性。