0前言

平板太阳能热水器集热器（集热板）焊接主要有两种方式：1. 激光焊2.超声波焊。超声波金属焊接利用高频振动传递到两个需焊接的金属表面，在加压的情况下，使两个金属表面相互摩擦而形成分子层之间的渗合，优点：快速、节能、接合强度高、导电性好、无火花、接近冷态加工。

1材料选择及特性要求

1.1吸热片

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、纹路均不同，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比铝材高。2. 焊纹的深度逸片材厚度；整体焊纹宽度邑材料厚度；振幅+压力邑材料厚度。3.振幅+压力邑材料硬度。根据其原理激光焊，一般选择较厚片材，而对于超声波焊，则不需要选择厚材料，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2mm-2.6mm；当考虑焊头磨损寿命时，也可选择0.4mm纹深焊头，焊缝宽度为2.8mm。这里需注意的一个问题：阳极氧化片材与铜管接触的部分，不能有氧化层。

1.2铜管

目前国内所采用的铜管主要有Φ8、Φ10、Φ12三种规格，还有一些客户用9.5等规格，但并不多见。壁厚范围：0.45mm-1.0mm，状态有：硬态、半硬态、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约200N，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。所以建议铜管采用硬态铜管，Φ8铜管壁厚建议为：0.5mm-0.6mm，Φ10、Φ12铜管壁厚建议为：0.6mm-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）。超声波输出功率邑振幅伊压力，所以，某种程度上来说，当输出功率一定时，振幅和压力是负相关的。

2.1振幅

通常焊铜片选择的振幅40μm-50μm，焊铝片选择的振幅30μm-40μm，同时振幅邑材料厚度。基于铝材的机械强度比铜差，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μm做单位）2.AMP（以百分比为单位）。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%。

2.2压力

通过气缸加在焊头上的静压力。这个压力通常约为200N。压力邑材料厚度；压力邑材料硬度。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、选择的振幅综合考虑，对于材料的焊接压缩量，以10%-20%为宜。

2.3速度

代表焊接时间，焊铜片的速度为8m/min-9m/min为宜；焊铝片的速度为10m/min-12m/min为宜。超声波的振动特性，决定了它既可以焊接，还能够破坏被焊物，所以适宜的速度很重要。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达不到要求，所以用速度来补偿。

3不良焊接现象分析

1. 整体焊不牢

出现这种情况，主要是参数不对，超声波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与金属的结合性较好。焊铝速度快。当出现铝粘到焊头的情况时，用焊头在铜管上多滚几道，铝与铜的结合特性较钢好。平板集热器超声波焊接如图1所示。

图1平板集热器超声波焊接

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