平板太阳能集热器焊接设备工艺解析

平板太阳能热水器吸热板主要有铝片和铜片两种，流体管道也有铜、铝两种。铝管由于需考虑腐蚀问题，基本都采用铜管。除了早期很多厂家采用铜铝复合工艺外，现目前主流是采用焊接方法。平板太阳能热水器集热器（集热板）焊接主要有两种方式：1.激光焊；2.超声波焊。这两种焊接方式各有优缺点。 　　1. 激光焊 　　激光焊是利用高能激光将所焊金属熔化而产生连接（见图1）。在太阳能吸热板焊接中采用间隔3mm～5mm一个焊点的形式焊接。优点：在所焊工件上不需要加压，整体变形小（据五星鲍工反映：所用德国激光焊机焊出来的板会上凸，与玻璃接触产生磨花现象。这个刚好和超声波焊相反，超声波焊是下凹。）；吸热层表面破坏小。缺点：金属片和铜管之间绝对导热面积小，影响热传导效率；对铜管平直度要求高，不易对准焊接位；焊点强度较差，冷热交替频繁或受外力时，焊点易断裂。 　　2. 超声波焊 　　超声波焊是利用超声波焊头所产生的往复加速度，使所焊金属在常温下产生的物理性连接（见图2）。 图2 超声波滚焊机头 　　对于生产效率，两者差不多，激光焊稍逊。对于热传导效率，即使超声波焊接会在吸热板上产生焊痕，超声波焊接的产品比激光焊热传导效率要高3%左右（即同等工况下，水温高3%左右）。 　　下面就针对超声波焊接做一下详细分析： 　　超声波滚焊机机械结构分两大门派：1.连续型结构；2.夹管型结构。对于整板（如铜片材料为1m × 2m),连续型结构是不能用的。 图3 STAPLA滚焊机 　　1. 连续型结构（见图3） 　　2. 夹管型结构 　　夹管型结构又有单条和整板之分，下面我们详细描述。 　　首先介绍的是单条的夹管型结构（见图4）。 图4 条带式滚焊机 　　其次我们介绍的是手动整板的夹管型结构（见图5）。 图5 手动整板滚焊机 　　下面介绍自动整板焊机。自动整板焊机也有两种基本结构：1.超声波机头前后移动型；2.吸热板前后移动型。自动整板焊机一般配一台超声波机头，少数可装2个机头。 　　1.超声波机头前后移动型（见图6）： 图6 TELSONIC滚焊机 　　2.吸热板（管）前后移动型（见图7）： 图7 自动整板滚焊机 　　以上介绍了超声波滚焊在太阳能吸热板的具体应用，超声波滚焊只是超声波金属焊接在太阳能行业的一种应用，下面对超声波金属焊接本身的技术进行分析。 　　超声波应用于焊接主要分超声波塑料焊接和超声波金属焊接，超声波金属焊接机和超声波塑料焊接机到底有哪些不同呢？ 　　1. 工作方式不一样。通常，超声波塑料焊接中焊头振动方向垂直于焊位，超声波金属焊接中焊头振动方向平行于焊位。有些特殊情况下，塑料焊也可采用平行方向，如较薄的塑料件。 　　2. 由于超声波应用于焊接金属，对超声波焊接技术提出了更高的要求；相对于普通的塑料焊接，对功率容量、功率密度、稳定性及自动化控制等各个方面的要求，不是同一个级别。现国内超声波塑料焊接用发生器基本都采用自激式电路，典型代表为：8400、8700全桥电路及台湾机器常用的半桥电路，显著特点为有个调谐电感。如果将现有的用于塑料焊接的成熟技术直接转嫁到金属焊上，其技术上的先天不足，将导致产品使用的不稳定；其唯一的优势就是价格便宜，但对于金属焊本身的高要求，这点优势是很苍白的。 　　下面讲讲超声波金属焊的技术要求： 　　1.高功率容量、稳定的超声波发生器：稳定的超声波发生器首先要求为：频率自动跟踪。频率自动跟踪能保证换能器系统能工作在谐振状态，即焊头振幅的最大化。据了解，某企业采用世界最先进的PLL 锁相环频率自动跟踪技术，更换模具及工作时无须调频。 　　国内其他公司采用的是自激式的全桥或半桥电路，不具备频率自动跟踪的功能，其显著特点是有一个可调电感手动调频率。从技术上讲，和调幅收音机一样，它就是一个LC选频，当电感及电容的参数确定时，发生器的谐振频率就是个定值，不会随着温度或负载的变化而变化；而焊头及换能器的频率会随着温度及图6 TELSONIC滚焊机负载变化而产生偏移，这样，焊头的振幅会随着频率的偏移而直线下降（非常尖锐的高斯曲线），这直接会导致焊接参数变化，影响焊接稳定性。 　　稳定的超声波发生器还要要求：恒振幅功能及振幅的无级可调。恒振幅功能需控制换能器的实部电流，其为稳定生产的关键；振幅的无级可调是保障设备用途的基本，例如在同一设备上通过参数调整既能焊铜，也能焊铝材料。国内其他公司对于换能器实部电流基本一无所知，那就更谈不上控制了。 　　高功率容量：如某企业20kHz的机器，标称功率容量为：3600W,实际能达到5400W 的极限输出；国内其他公司对于功率容量经常出现虚假标称，那我们只需和他们所做的塑料焊机比较一下即可，因为塑料焊机标称太高是无人信的。有个简单方法可判定这种情况：请生产商将机箱打开，再和其所生产的塑料焊机箱比较，一目了然。 　　2.超声波焊金属要求有高度耐磨的焊头，这样就要求焊头有高硬度，而超声波本身又要求焊头韧性好，这就造成一种矛盾要求。好的焊头既要高硬度，又要好韧性。某企业采用优质合金钢制造焊头，寿命和制造精度媲美欧美同类产品。国内其他公司未掌握焊头核心技术，各方面都无法相比。 　　3.换能器是超声波的核心部件，相当于汽车电机，金属焊要求换能器有大的功率容量、长时间的小衰减。如前面所讲某企业拥有独特的换能器制造工艺，保证高品质换能器。如20kHz的换能器，能承受5kW 以上负载；国内其他公司的同类换能器，只能承受约1.5kW 的负载。现国内其他公司的换能器基本为采购，代表供应商为：杭州成功超声，我们只需上其网站上就可查到，其20kHz的换能器最大输入功率为2000W。换能器从表面上看不出优劣，参数上能判断，但供应商很少会告知参数。判断方法：1.如果生产商连阻抗分析仪都没有的话，直接判定他们不具备检测能力，更不用说生产能力了；2.如果生产商有阻抗分析仪，让它测给你看，金属焊换能器动态阻抗要求在2Ω 以下，一般塑料焊换能器动态阻抗在10Ω 左右。 　　4.超声波金属焊需要配套优质控制系统，一般有焊接能量、时间、高度三种基本控制模式，多种质控软件满足不同需求。国内很多公司基本不具备焊接能量控制模式，只有简单的时间控制模式。能量计算方法为换能器实部电流乘以电压，对时间积分，才能反映真实的焊头输出能量。国内新发现一些厂商用电源的电流乘以电压，对时间积分，这不能反映真实输出，是一种糊弄人的做法，应当警惕。 　　国内科技界充斥的急功近利心态，在超声波行业同样表现得很突出，从业者很多时候不是去钻研技术，而是靠做表面工夫，糊弄客户。这些公司充斥在互联网前列，不是因为它产品做得好，而是利用搜索引擎的规则，大肆发布垃圾信息而得到的结果。他们用在超声波金属焊接机上的发生器、换能器等，和其用在塑料焊上的是一样的。这样的急功近利，对客户是不负责任的做法，短期损害的是用户利益，长久来说，损害的还是自己利益。（佛山市顺德区楚鑫机电有限公司刘晓兵）