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太陽能焊接設備工藝:激光PK超聲波

發布時間:2019-09-14 17:23:36   瀏覽次數:1369

在太陽能熱利用行業的平板太陽能集熱器生產中,究竟是激光焊接技術發揮穩定,還是超聲波金屬焊接技術更具備優勢,一直是行業內備受爭議的熱門話題,其受關注程度不亞於真空管型太陽能熱水器和平板型太陽能熱水器之爭。在長期工藝技術較量和產品實際應用對比過程中,也形成了激光焊接和超聲波金屬焊接的兩大技術陣營以及二者之間的“擂台之爭”。


本文試擬將激光焊接與超聲波金屬焊接作一綜合對比,分析二者的區別和各自的優缺點。首先我們從激光焊接和超聲波金屬焊接兩種焊接方式的工作原理來區分二者的不同。


激光焊接是利用高能量激光脈衝產生的熱能將金屬材料熔化後產生聯接。在本質上和電弧焊並無區別,隻不過電弧焊用來產生熱能的是電弧而不是激光。代表生產商如深圳聯贏激光。


超聲波金屬焊接是利用超聲波高頻機械振動產生的高密度能量,在工件表麵產生塑性變形並在壓力下破壞表麵層,使所焊金屬在常溫下產生的物理性連接。超聲波金屬焊接既不向工件輸送電流,也不向工件引入高溫熱源隻是在靜壓力及彈性振動能的共同作用下,將機械動能轉變成工件間摩擦功形變能和隨之而產生的溫升,從而使工件在固態下實現連接。代表生產商如佛山楚鑫機電。


通過焊接原理比較得知,激光焊接是通過高溫改變物體的物理結構來實現物體的連接,而超聲波金屬焊接則無需改變物體物理結構直接在固態狀態下實現連接。


那麼,這兩種焊接技術究竟哪一種更具備優勢,更適合在平板太陽能領域應用呢?


第一回合:產品美觀度PK


激光焊是利用高能激光將所焊金屬熔化而產生連接,在太陽能吸熱板焊接中采用間隔3-5mm一個焊點的形式焊接。激光焊在所焊工件上不需要加壓,整體變形小,並且對吸熱層表麵破壞小,而超聲波金屬焊接則會由於壓力作用使片材表麵產生波浪形變形,雖然可以通過表麵壓紋避免變形,但還是會在太陽能吸熱曾表麵形成3mm左右的焊痕。因此采用激光焊接的產品外表美觀度會優於超聲波金屬焊接。這一回合比拚,激光焊接勝於超聲波金屬焊接。


第二回合:效果持久性PK


激光焊接焊點強度較差,冷熱交替頻繁或受外力時,焊點易斷裂。而超聲波金屬焊接是通過垂直加壓使兩被焊物體重疊,經超聲波振動加壓結合成固態連接,結合時間短且結合部分不產生鑄造組織缺陷,因此焊位均勻且穩定性強,並且超聲波金屬焊接經過九十度垂直彎曲試驗仍沒有斷裂現象產生。這一回合比拚,超聲波金屬焊接勝於激光焊接。


第三回合:導熱性能PK


采用激光焊接會使所焊接物體物理結構發生變化,因而影響其導電或者導熱性能,並且激光焊接導致太陽能集熱器金屬片和銅管之間絕對導熱麵積小,影響熱傳導效率。超聲波金屬焊接則不存在這個問題。超聲焊接可以使材料的溫度效應降到最低,從而不使金屬結構發生變化,因此焊接後導電性或導熱性能極好,電阻係數極低或近乎零,超聲波金屬焊接已成為導電、導熱材料焊接的最佳選擇方式,這個性能在平板太陽能集熱器上應用明顯能產生激光焊接所無法達到的優勢。經試驗測得超聲波金屬焊接的產品比激光焊接傳導效率要高3%左右(即同等工況下,水溫高3%左右)。這一回合比拚,超聲波金屬焊接明顯勝於激光焊接。


第四回合:能耗PK


太陽能熱水器作為低碳節能環保的代表性產品被社會和消費者廣泛認可,其生產過程中的能耗指標也備受關注,太陽能集熱器的焊接就是其中之一。從焊接原理對比分析即可得知,超聲波金屬焊接可以使材料的溫度效應降到最低(焊區的溫度不超過被焊金屬絕對熔化溫度的50%),從而不使金屬結構變化,所以它不會使金屬工件退火、也不需要冷卻水,能耗方麵,同種金屬與不同種金屬之間均可以進行超聲焊接,與激光焊相比耗費能量少得多。這一回合比拚,超聲波金屬焊接勝於激光焊接。


第五回合:成本PK


一是設備成本:國際上來說,超聲波焊機和激光焊機價格相當,但楚鑫機電公司經過從國外的技術引進加自主研發推出了太陽能熱利用行業首款全自動整板超聲波金屬焊機,徹底打破了我國超聲波焊接設備需要依賴國外進口的狀況,使國內超聲波焊機價格基本下降一半。超聲波金屬焊機單台設備采購成本比激光焊機低,二者采購比例通常是30萬∶100萬(現在國內激光焊機的價格也在迅速下降,約下降至70萬左右)。激光焊機一般是帶2個激光焊頭,超聲波機一般是帶一個焊頭,對於相同產能來說,2台超聲波焊機對比1台激光焊機,超聲波略勝於激光。


二是使用成本:首先激光焊適應於厚的材料,如焊鋁,鋁板厚度一般選擇為0.4mm,而超聲波焊適應薄的產品,如鋁板,一般選擇0.2-0.3mm即可。從焊接材料來講,超聲波優勝。其次是耗件成本,激光焊的消耗件是氙燈及過濾器濾芯等,超聲波的消耗件是焊頭。總體來說,激光焊的耗材比超聲波的便宜。因此這一回合比拚,超聲波金屬焊接略勝於激光焊接。


第六回合:效率PK


超聲波金屬焊接焊接速度比激光焊接快:典型的超聲波金屬焊接速度是焊銅8 m/min、焊鋁12 m/min,但超聲波焊目前選擇的工藝是先滾紋,再焊接,所以單台機器效率就要打對折。對於相同產能來說,2台超聲波焊機對比1台激光焊機,如此比較,超聲波優勝於激光。


經過這幾個反麵的對比較量,我們發現超聲波金屬焊接在太陽能行業應用中,焊接工藝和綜合性能都要優於激光焊接。而且從使用經驗來看,超聲波金屬焊接作為我國太陽能領域的以往的主要焊接技術,已經有了比較豐富的應用經驗,這也是為什麼近兩年很多上馬平板項目的太陽能企業也選擇了超聲波金屬焊接。


至於之前很多太陽能企業所顧慮的焊接設備成本居高不下的問題,也已經隨著楚鑫機電公司自主研發的全自動整板超聲波金屬焊接機的上市得到很大程度的緩解。哪種焊接技術更具備優勢,市場的選擇將成為最有效的驗證途徑,筆者也與廣大讀者一樣期待著我國金屬焊接技術的進一步飛躍,使眾多生產型企業和廣大消費者得以體驗和享受到科技進步帶來的豐碩成果。


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