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    太阳能平板集热器超声波焊接工艺解析

太阳能平板集热器超声波焊接工艺解析

1材料选择及特性要求
吸热片院目前国内所采用的吸热片有铝片和铜片两种,选择性吸﹑收膜层工艺主要有:蓝钛膜﹑黑铬镀层阳极氧化。片材厚度为0.12mm~0.5mm,对于超声波焊接而言,不同厚度及硬度的材料,所需的振幅,压力及纹路均有不同,这与超声波焊接的原理相关,同时还需考虑超声波振幅沿垂直于焊头方向的传递衰减。实际应用中,有几个基本方向:1)焊接铜材料需要的单位面积能量要比铝材高;2)焊纹的深度逸片材厚度;整体焊纹宽度∝材料厚度;振幅+压力∝材料厚度;3)振幅+压力∝材料硬度。激光焊,根据其原理,一般选择较厚的片材,而对于超声波焊,则不需要选择厚的材料,只需考虑传热效率。举个例子:0.12mm厚的蓝钛膜片,通常可以选择0.3mm纹深的焊头,焊缝宽度为2~2.6mm;当考虑焊头磨损寿命时,也可选择0.4mm纹深焊头,焊缝宽度2.8mm。这里需注意的一个问题:阳极氧化片材在与铜管接触的部分,不能有氧化层。
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铜管 目前国内所采用的铜管主要有D8﹑D10﹑D12三种规格,还有一些客户用到D9.5等规格,但并不多见。壁厚范围:0.45~1.0mm,状态有:硬态半硬态和软态。激光焊对于铜管状态没有要求,只对壁厚有要求;超声波焊则对铜管要求较高,主要是需要一定的机械强度。为什么超声波焊对铜管强度要求较高呢?原因在于其工作原理:相对往复加速度所产生的挤压扩散。我们通常加在所焊工件上的静压力为:200N左右,这个力并不大,但超声波焊接时会产生约50000g的往复加速度,这个微观作用力就很大,焊接时,材料被这个力直接成型,同时伴随着局部温升,当铜管强度不够时,将会产生屈服变形,使焊接静压力加不到焊件上。所以,我们建议铜管采用硬态铜管,D8铜管壁厚建议为:0.5~0.6mm,D10﹑D12铜管壁厚建议为:0.6~0.7mm。对于热管,由于其为半硬态或软态,建议铜管壁厚为:1.0mm。
2超声波焊接参数选择
对于太阳能滚焊的应用,主要参﹑﹑数:振幅压力速度(相当于焊接时间)。超声波输出功率振幅伊压力,所以,某种程度上来说,振幅和压力是负相关的。
振幅 通常我们焊铜片选择的振幅为:40~50,焊铝片选择的振幅为:30~40,同时,振幅材料厚度。基于铝材的机械强度比铜要差,所以焊铝的振幅要稍低,约20%。这样就要求机器必须有振幅连续可调功能。超声波机器对于振幅的表述有2种:1)振幅(以微米做单位),2)AMP(以百分比为单位)。很多国内所谓的超声波厂家,没有理解AMP的真正含义,直接转为功率称谓,这是错误的理解,实际代表的就是振幅。国内采用自激线路的焊机(特征是有个调频电感),不具备连续调整振幅的功能(多也就是变压器抽头式调整,有2~3个档位),装一个百分比的旋钮在外面装样子。调整振幅,从电路的角度讲,就是调整换能器的驱动电压,通常可调范围为20%~100%,我们选择的是50%~100%。
压力 指的是通过气缸加在焊头上的静压力。这个压力通常为:200N左右。压力材料厚度;压力材料硬度。压力并不是越大越好,通常需根据焊点的面积材料的厚度材料﹑硬度选择的振幅来综合考虑,对于材料的焊接压缩量,以10%~20%为宜。
速度 实际上就代表焊接时间。根据我们的经验,焊铜片的速度为:8~9m/min为宜;焊铝片的速度为:10-12m/min为宜。超声波的振动特性,决定了它既可以焊接,还能够破坏,所以适宜的速度是很重要的。我们也见到一些不好的机器,焊接速度很慢,这是因为这些机器的振幅是达不到要求的,所以用速度来补偿,这样应用是得不偿失的。
3不良焊接现象分析
1)整体焊不牢:这种情况的出现,主要是参数不对,超声波的输出能量达不到焊接的要求。另一种情况是所焊接材料存在不利于超声波焊接工艺的情况,如焊接位置同样存在阳极氧化膜层。
2)一部分焊接不牢:首先,我们观察焊不牢的部位是否有规律性,如是否相隔固定长度有问题,或者每次都是一个地方焊不好。焊头周长是200mm,如果出现200mm的规律性,那就是焊头磨损问题。如果都是一个地方焊不好,大可能性是那个部位的夹具夹不紧所造成。
3)粘铝:随着铝翅片的越来越多的应用,很多会出现这样的问题。这个问题的根本原因在于铝材料的特性:软与金属的结合性较好。我们的经验:焊铝要速度快。当出现铝粘到焊头的情况时,用焊头在铜管上多滚几道,铝与铜的结合特性比钢好。
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