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0前言

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，優(yōu)點(diǎn)：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。

1材料選擇及特性要求

1.1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、紋路均不同，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比鋁材高。2. 焊紋的深度逸片材厚度；整體焊紋寬度邑材料厚度；振幅+壓力邑材料厚度。3.振幅+壓力邑材料硬度。根據(jù)其原理激光焊，一般選擇較厚片材，而對于超聲波焊，則不需要選擇厚材料，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2mm-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：陽極氧化片材與銅管接觸的部分，不能有氧化層。

1.2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9.5等規(guī)格，但并不多見。壁厚范圍：0.45mm-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(jī)械強(qiáng)度。為什么超聲波焊對銅管強(qiáng)度要求較高呢？

原因在于其工作原理：相對往復(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約200N，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。所以建議銅管采用硬態(tài)銅管，Φ8銅管壁厚建議為：0.5mm-0.6mm，Φ10、Φ12銅管壁厚建議為：0.6mm-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(shù)選擇

對于太陽能滾焊的應(yīng)用，主要參數(shù)：振幅、壓力、速度（相當(dāng)于焊接時(shí)間）。超聲波輸出功率邑振幅伊壓力，所以，某種程度上來說，當(dāng)輸出功率一定時(shí)，振幅和壓力是負(fù)相關(guān)的。

2.1振幅

通常焊銅片選擇的振幅40μm-50μm，焊鋁片選擇的振幅30μm-40μm，同時(shí)振幅邑材料厚度。基于鋁材的機(jī)械強(qiáng)度比銅差，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)器對于振幅的表述有2種：1.振幅（以μm做單位）2.AMP（以百分比為單位）。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%。

2.2壓力

通過氣缸加在焊頭上的靜壓力。這個(gè)壓力通常約為200N。壓力邑材料厚度；壓力邑材料硬度。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、選擇的振幅綜合考慮，對于材料的焊接壓縮量，以10%-20%為宜。

2.3速度

代表焊接時(shí)間，焊銅片的速度為8m/min-9m/min為宜；焊鋁片的速度為10m/min-12m/min為宜。超聲波的振動(dòng)特性，決定了它既可以焊接，還能夠破壞被焊物，所以適宜的速度很重要。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)器的振幅達(dá)不到要求，所以用速度來補(bǔ)償。

3不良焊接現(xiàn)象分析

1. 整體焊不牢

出現(xiàn)這種情況，主要是參數(shù)不對，超聲波輸出能量達(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。

2. 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)部位的夾具夾不緊造成。

3. 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與金屬的結(jié)合性較好。焊鋁速度快。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，鋁與銅的結(jié)合特性較鋼好。平板集熱器超聲波焊接如圖1所示。

圖1平板集熱器超聲波焊接

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