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平板集熱器超聲波焊接工藝解析

2018-06-28

1材料選擇及特性要求
吸熱片院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,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??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,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。
銅管目前國內所采用的銅管主要有D8﹑D10﹑D12三種規格,還有一些客戶用到D9.5等規格,但并不多見。壁厚范圍:0.45~1.0mm,狀態有:硬態半硬態和軟態。激光焊對于銅管狀態沒有要求,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,由于其為半硬態或軟態,建議銅管壁厚為:1.0mm.
2超聲波焊接參數選擇
對于太陽能滾焊的應用,主要參﹑﹑數: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?;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:1)振幅(以微米做單位),2)AMP(以百分比為單位)。很多國內所謂的超聲波廠家,沒有理解AMP的真正含義,直接轉為功率稱謂,這是錯誤的理解,實際代表的就是振幅。國內采用自激線路的焊機(特征是有個調頻電感),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個檔位),裝一個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電壓,通??烧{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。根據我們的經驗,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不良焊接現象分析
1)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200mm的規律性,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:軟與金屬的結合性較好。我們的經驗:焊鋁要速度快。當出現鋁粘到焊頭的情況時,用焊頭在銅管上多滾幾道,鋁與銅的結合特性比鋼好。

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