平板集熱器超聲波焊接工藝解析

平板太陽(yáng)能熱水器集熱器（集熱板）焊接主要有兩種方式：1.激光焊, 2.超聲波焊。超聲波金屬焊接是利用高頻振動(dòng)傳遞到兩個(gè)需焊接的金屬表面，在加壓的情況下，使兩個(gè)金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的滲合，其優(yōu)點(diǎn)在于快速、節能、接合強度高、導電性好、無(wú)火花、接近冷態(tài)加工。下面就詳細分析一下采用超聲波焊接所需注意的技術(shù)細節：

1. 材料選擇及特性要求  
吸熱片：目前國內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(yáng)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(shí)還需考慮超聲波振幅沿垂直于焊頭方向的傳遞衰減。實(shí)際應用中，有幾個(gè)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≥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(gè)例子：0.12mm厚的藍鈦膜片，通?？梢赃x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(shí)，也可選擇0.4mm紋深焊頭，焊縫寬度為2.8mm。這里需注意的一個(gè)問(wèn)題：陽(yáng)極氧化片材在與銅管接觸的部分，不能有氧化層。
銅管：目前國內所采用的銅管主要有Φ8﹑Φ10﹑Φ12三種規格，還有一些客戶(hù)用到9.5等規格，但并不多見(jiàn)。壁厚范圍：0.45-1.0mm，狀態(tài)有：硬態(tài)﹑半硬態(tài)﹑軟態(tài)。激光焊對于銅管狀態(tài)沒(méi)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(gè)力并不大，但超聲波焊接時(shí)會(huì )產(chǎn)生約50000g的往復加速度，這個(gè)微觀(guān)作用力就很大，焊接時(shí)，材料被這個(gè)力直接成型，同時(shí)伴隨著(zhù)局部溫升，當銅管強度不夠時(shí)，將會(huì )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，Φ8銅管壁厚建議為：0.5-0.6mm,Φ10﹑Φ12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.超聲波焊接參數選擇
對于太陽(yáng)能滾焊的應用，主要參數：振幅﹑壓力﹑速度（相當于焊接時(shí)間）。超聲波輸出功率∝振幅*壓力，所以，某種程度上來(lái)說(shuō)，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：40-50μm ,焊鋁片選擇的振幅為：30-40μm ，同時(shí)，振幅∝材料厚度?；阡X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可調功能。超聲波機器對于振幅的表述有2種：A.振幅（以微米做單位），B.AMP(以百分比為單位）。很多國內所謂的超聲波廠(chǎng)家，沒(méi)有理解AMP的真正含義，直接轉為功率稱(chēng)謂,這是錯誤的理解，實(shí)際代表的就是振幅。國內采用自激線(xiàn)路的焊機（特征是有個(gè)調頻電感），不具備連續調整振幅的功能（最多也就是變壓器抽頭式調整，有2-3個(gè)檔位），裝一個(gè)百分比的旋鈕在外面裝樣子。調整振幅，從電路的角度講，就是調整換能器的驅動(dòng)電壓，通?？烧{范圍為20%-100%，我們選擇的是50%-100%。
壓力：指的是通過(guò)氣缸加在焊頭上的靜壓力。這個(gè)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，通常需根據焊點(diǎn)的面積﹑材料的厚度﹑材料硬度﹑選擇的振幅來(lái)綜合考慮，對于材料的焊接壓縮量，以10-20%為宜。
速度：實(shí)際上就代表焊接時(shí)間。根據我們的經(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(dòng)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(jiàn)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(lái)補償，這樣應用是得不償失的。

3.不良焊接現象分析
A. 整體焊不牢：這種情況的出現，主要是參數不對，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(yáng)極氧化膜層。
B. 一部分焊接不牢：首先，我們觀(guān)察焊不牢的部位是否有規律性，如是否相隔固定長(cháng)度有問(wèn)題，或者每次都是一個(gè)地方焊不好。焊頭周長(cháng)是200mm，如果出現200mm的規律性，那就是焊頭磨損問(wèn)題。如果都是一個(gè)地方焊不好，最大可能性是那個(gè)部位的夾具夾不緊所造成。
C. 粘鋁：隨著(zhù)鋁翅片的越來(lái)越多的應用，很多會(huì )出現這樣的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的根本原因在于鋁材料的特性：軟﹑與金屬的結合性較好。我們的經(jīng)驗：焊鋁要速度快。當出現鋁粘到焊頭的情況時(shí)，用焊頭在銅管上多滾幾道，利用鋁與銅的結合特性比鋼好的特點(diǎn)來(lái)去除粘鋁。



 〖鄭重聲明：本公司網(wǎng)站的所有文章均為我司（楚鑫機電）原創(chuàng )，所有轉載請注明出處?！?/strong>