佛山市順德區(qū)杏壇鎮(zhèn)二環(huán)路8號(hào)智富園3棟603
平板太陽能熱水器集熱器(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(jié)能、接合強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、無火花、接近冷態(tài)加工。下面就詳細(xì)分析一下采用超聲波焊接所需注意的技術(shù)細(xì)節(jié):
1. 材料選擇及特性要求
吸熱片: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(lán)鈦膜﹑黑鉻鍍層﹑陽極氧化。片材厚度為0.12mm-0.5mm,對(duì)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(yīng)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(jù)其原理,一般選擇較厚的片材,而對(duì)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(lán)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(dāng)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Φ8﹑Φ10﹑Φ12三種規(guī)格,還有一些客戶用到9.5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)﹑軟態(tài)。激光焊對(duì)于銅管狀態(tài)沒有要求,只對(duì)壁厚有要求;超聲波焊則對(duì)銅管要求較高,主要是需要一定的機(jī)械強(qiáng)度。為什么超聲波焊對(duì)銅管強(qiáng)度要求較高呢?原因在于其工作原理:相對(duì)往復(fù)加速度所產(chǎn)生的擠壓擴(kuò)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(fù)加速度,這個(gè)微觀作用力就很大,焊接時(shí),材料被這個(gè)力直接成型,同時(shí)伴隨著局部溫升,當(dāng)銅管強(qiáng)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(duì)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(duì)于太陽能滾焊的應(yīng)用,主要參數(shù):振幅﹑壓力﹑速度(相當(dāng)于焊接時(shí)間)。超聲波輸出功率∝振幅*壓力,所以,某種程度上來說,振幅和壓力是負(fù)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(jī)械強(qiáng)度比銅要差,所以焊鋁的振幅要稍低,約20%。這樣就要求機(jī)器必須有振幅連續(xù)可調(diào)功能。超聲波機(jī)器對(duì)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(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(cuò)誤的理解,實(shí)際代表的就是振幅。國內(nèi)采用自激線路的焊機(jī)(特征是有個(gè)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(gè)檔位),裝一個(gè)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(dòng)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(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(jù)焊點(diǎn)的面積﹑材料的厚度﹑材料硬度﹑選擇的振幅來綜合考慮,對(duì)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(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),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。我們也見到一些不好的機(jī)器,焊接速度很慢,這是因?yàn)檫@些機(jī)器的振幅是達(dá)不到要求的,所以用速度來補(bǔ)償,這樣應(yīng)用是得不償失的。
3.不良焊接現(xiàn)象分析
A. 整體焊不牢:這種情況的出現(xiàn),主要是參數(shù)不對(duì),超聲波的輸出能量達(dá)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。
B. 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(gè)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(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:隨著鋁翅片的越來越多的應(yīng)用,很多會(huì)出現(xiàn)這樣的問題。這個(gè)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(yàn):焊鋁要速度快。當(dāng)出現(xiàn)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(jié)合特性比鋼好的特點(diǎn)來去除粘鋁。
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