平板集热器超声波焊接工艺解析
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。
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（最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，最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。
尚而特太阳能集热器，流道材质采用TP2紫铜管，主管壁厚0.6mm, 支管壁厚0.5mm, 吸热板芯厚度0.3mm/ 0.5mm，测试压力1.5Mpa (15kg）。产品通过行业多种标准检测，满足国内外客户的不同标准需求。
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