平板集熱器超聲波焊接工藝解析
平板集熱器超聲波焊接工藝解析
1 材料選擇及特性要求
吸熱片院目前國內(nèi)所采用的吸熱片有鋁片和銅片兩種，選擇性吸﹑收膜層工藝主要有：藍鈦膜﹑黑鉻鍍層陽極氧化。片材厚度為0.12mm～0.5mm，對于超聲波焊接而言，不同厚度及硬度的材料，所需的振幅，壓力及紋路均有不同，這與超聲波焊接的原理相關(guān)，同時還需考慮超聲波振幅沿垂直于焊頭方向的傳遞衰減。實際應用中，有幾個基本方向：1）焊接銅材料需要的單位面積能量要比鋁材高；2）焊紋的深度逸片材厚度；整體焊紋寬度∝材料厚度；振幅+壓力∝材料厚度；3）振幅+壓力∝材料硬度。激光焊，根據(jù)其原理，一般選擇較厚的片材，而對于超聲波焊，則不需要選擇厚的材料，只需考慮傳熱效率。舉個例子：0.12mm厚的藍鈦膜片，通常可以選擇0.3mm紋深的焊頭，焊縫寬度為2～2.6mm；當考慮焊頭磨損壽命時，也可選擇0.4mm紋深焊頭，焊縫寬度2.8mm.這里需注意的一個問題：陽極氧化片材在與銅管接觸的部分，不能有氧化層。
銅管 目前國內(nèi)所采用的銅管主要有D8﹑D10﹑D12三種規(guī)格，還有一些客戶用到D9.5等規(guī)格，但并不多見。壁厚范圍：0.45～1.0mm，狀態(tài)有：硬態(tài)半硬態(tài)和軟態(tài)。激光焊對于銅管狀態(tài)沒有要求，只對壁厚有要求；超聲波焊則對銅管要求較高，主要是需要一定的機械強度。為什么超聲波焊對銅管強度要求較高呢？原因在于其工作原理：相對往復加速度所產(chǎn)生的擠壓擴散。我們通常加在所焊工件上的靜壓力為：200N左右，這個力并不大，但超聲波焊接時會產(chǎn)生約50000g的往復加速度，這個微觀作用力就很大，焊接時，材料被這個力直接成型，同時伴隨著局部溫升，當銅管強度不夠時，將會產(chǎn)生屈服變形，使焊接靜壓力加不到焊件上。所以，我們建議銅管采用硬態(tài)銅管，D8銅管壁厚建議為：0.5～0.6mm，D10﹑D12銅管壁厚建議為：0.6～0.7mm.對于熱管，由于其為半硬態(tài)或軟態(tài)，建議銅管壁厚為：1.0mm.
2 超聲波焊接參數(shù)選擇
對于太陽能滾焊的應用，主要參﹑﹑數(shù)：振幅壓力速度（相當于焊接時間）。超聲波輸出功率振幅伊壓力，所以，某種程度上來說，振幅和壓力是負相關(guān)的。
振幅 通常我們焊銅片選擇的振幅為：40～50，焊鋁片選擇的振幅為：30～40，同時，振幅材料厚度。基于鋁材的機械強度比銅要差，所以焊鋁的振幅要稍低，約20%.這樣就要求機器必須有振幅連續(xù)可調(diào)功能。超聲波機器對于振幅的表述有2種：1）振幅（以微米做單位），2）AMP（以百分比為單位）。很多國內(nèi)所謂的超聲波廠家，沒有理解AMP的真正含義，直接轉(zhuǎn)為功率稱謂，這是錯誤的理解，實際代表的就是振幅。國內(nèi)采用自激線路的焊機（特征是有個調(diào)頻電感），不具備連續(xù)調(diào)整振幅的功能（最多也就是變壓器抽頭式調(diào)整，有2～3個檔位），裝一個百分比的旋鈕在外面裝樣子。調(diào)整振幅，從電路的角度講，就是調(diào)整換能器的驅(qū)動電壓，通常可調(diào)范圍為20%～100%，我們選擇的是50%～100%.
壓力 指的是通過氣缸加在焊頭上的靜壓力。這個壓力通常為：200N左右。壓力材料厚度；壓力材料硬度。壓力并不是越大越好，通常需根據(jù)焊點的面積材料的厚度材料﹑硬度選擇的振幅來綜合考慮，對于材料的焊接壓縮量，以10%～20%為宜。
速度 實際上就代表焊接時間。根據(jù)我們的經(jīng)驗，焊銅片的速度為：8～9m/min為宜；焊鋁片的速度為：10-12m/min為宜。超聲波的振動特性，決定了它既可以焊接，還能夠破壞，所以適宜的速度是很重要的。我們也見到一些不好的機器，焊接速度很慢，這是因為這些機器的振幅是達不到要求的，所以用速度來補償，這樣應用是得不償失的。
3 不良焊接現(xiàn)象分析
1）整體焊不牢：這種情況的出現(xiàn)，主要是參數(shù)不對，超聲波的輸出能量達不到焊接的要求。另一種情況是所焊接材料存在不利于超聲波焊接工藝的情況，如焊接位置同樣存在陽極氧化膜層。
2）一部分焊接不牢：首先，我們觀察焊不牢的部位是否有規(guī)律性，如是否相隔固定長度有問題，或者每次都是一個地方焊不好。焊頭周長是200mm，如果出現(xiàn)200mm的規(guī)律性，那就是焊頭磨損問題。如果都是一個地方焊不好，最大可能性是那個部位的夾具夾不緊所造成。
3）粘鋁：隨著鋁翅片的越來越多的應用，很多會出現(xiàn)這樣的問題。這個問題的根本原因在于鋁材料的特性：軟與金屬的結(jié)合性較好。我們的經(jīng)驗：焊鋁要速度快。當出現(xiàn)鋁粘到焊頭的情況時，用焊頭在銅管上多滾幾道，鋁與銅的結(jié)合特性比鋼好。
尚而特太陽能集熱器，流道材質(zhì)采用TP2紫銅管，主管壁厚0.6mm, 支管壁厚0.5mm, 吸熱板芯厚度0.3mm/ 0.5mm，測試壓力1.5Mpa (15kg）。產(chǎn)品通過行業(yè)多種標準檢測，滿足國內(nèi)外客戶的不同標準需求。
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