平板太阳能集热器激光PK超声波焊接技术

在太阳能热利用行业的平板太阳能集热器生产中，究竟是激光焊接技术发挥稳定，还是超声波金属焊接技术更具备优势，一直是行业内备受争议的热门话题，其受关注程度不亚于真空管型太阳能热水器和平板型太阳能热水器之争。在长期工艺技术较量和产品实际应用对比过程中，也形成了激光焊接和超声波金属焊接的两大技术阵营以及二者之间的“擂台之争”。 　　本文试拟将激光焊接与超声波金属焊接作一综合对比，分析二者的区别和各自的优缺点。首先我们从激光焊接和超声波金属焊接两种焊接方式的工作原理来区分二者的不同。 　　激光焊接是利用高能量激光脉冲产生的热能将金属材料熔化后产生联接。在本质上和电弧焊并无区别，只不过电弧焊用来产生热能的是电弧而不是激光。代表生产商如深圳联赢激光。 　　超声波金属焊接是利用超声波高频机械振动产生的高密度能量，在工件表面产生塑性变形并在压力下破坏表面层，使所焊金属在常温下产生的物理性连接。超声波金属焊接既不向工件输送电流，也不向工件引入高温热源只是在静压力及弹性振动能的共同作用下，将机械动能转变成工件间摩擦功形变能和随之而产生的温升，从而使工件在固态下实现连接。代表生产商如佛山楚鑫机电。 　　通过焊接原理比较得知，激光焊接是通过高温改变物体的物理结构来实现物体的连接，而超声波金属焊接则无需改变物体物理结构直接在固态状态下实现连接。 　　那么，这两种焊接技术究竟哪一种更具备优势，更适合在平板太阳能领域应用呢？ 　　第一回合：产品美观度PK 　　激光焊是利用高能激光将所焊金属熔化而产生连接，在太阳能吸热板焊接中采用间隔3-5mm一个焊点的形式焊接。激光焊在所焊工件上不需要加压，整体变形小，并且对吸热层表面破坏小，而超声波金属焊接则会由于压力作用使片材表面产生波浪形变形，虽然可以通过表面压纹避免变形，但还是会在太阳能吸热曾表面形成3mm左右的焊痕。因此采用激光焊接的产品外表美观度会优于超声波金属焊接。这一回合比拼，激光焊接胜于超声波金属焊接。 　　第二回合：效果持久性PK 　　激光焊接焊点强度较差，冷热交替频繁或受外力时，焊点易断裂。而超声波金属焊接是通过垂直加压使两被焊物体重叠，经超声波振动加压结合成固态连接，结合时间短且结合部分不产生铸造组织缺陷，因此焊位均匀且稳定性强，并且超声波金属焊接经过九十度垂直弯曲试验仍没有断裂现象产生。这一回合比拼，超声波金属焊接胜于激光焊接。 　　第三回合：导热性能PK 　　采用激光焊接会使所焊接物体物理结构发生变化，因而影响其导电或者导热性能，并且激光焊接导致太阳能集热器金属片和铜管之间绝对导热面积小，影响热传导效率。超声波金属焊接则不存在这个问题。超声焊接可以使材料的温度效应降到最低，从而不使金属结构发生变化，因此焊接后导电性或导热性能极好，电阻系数极低或近乎零，超声波金属焊接已成为导电、导热材料焊接的最佳选择方式，这个性能在平板太阳能集热器上应用明显能产生激光焊接所无法达到的优势。经试验测得超声波金属焊接的产品比激光焊接传导效率要高3%左右（即同等工况下，水温高3%左右）。这一回合比拼，超声波金属焊接明显胜于激光焊接。 　　第四回合：能耗PK 　　太阳能热水器作为低碳节能环保的代表性产品被社会和消费者广泛认可，其生产过程中的能耗指标也备受关注，太阳能集热器的焊接就是其中之一。从焊接原理对比分析即可得知，超声波金属焊接可以使材料的温度效应降到最低（焊区的温度不超过被焊金属绝对熔化温度的50%），从而不使金属结构变化，所以它不会使金属工件退火、也不需要冷却水，能耗方面，同种金属与不同种金属之间均可以进行超声焊接，与激光焊相比耗费能量少得多。这一回合比拼，超声波金属焊接胜于激光焊接。 　　第五回合：成本PK 　　一是设备成本：国际上来说，超声波焊机和激光焊机价格相当，但楚鑫机电公司经过从国外的技术引进加自主研发推出了太阳能热利用行业首款全自动整板超声波金属焊机，彻底打破了我国超声波焊接设备需要依赖国外进口的状况，使国内超声波焊机价格基本下降一半。超声波金属焊机单台设备采购成本比激光焊机低，二者采购比例通常是30万∶100万（现在国内激光焊机的价格也在迅速下降，约下降至70万左右）。激光焊机一般是带2个激光焊头，超声波机一般是带一个焊头，对于相同产能来说，2台超声波焊机对比1台激光焊机，超声波略胜于激光。 　　二是使用成本：首先激光焊适应于厚的材料，如焊铝，铝板厚度一般选择为0.4mm，而超声波焊适应薄的产品，如铝板，一般选择0.2-0.3mm即可。从焊接材料来讲，超声波优胜。其次是耗件成本，激光焊的消耗件是氙灯及过滤器滤芯等，超声波的消耗件是焊头。总体来说，激光焊的耗材比超声波的便宜。因此这一回合比拼，超声波金属焊接略胜于激光焊接。 　　第六回合：效率PK 　　超声波金属焊接焊接速度比激光焊接快：典型的超声波金属焊接速度是焊铜8m/min、焊铝12m/min，但超声波焊目前选择的工艺是先滚纹，再焊接，所以单台机器效率就要打对折。对于相同产能来说，2台超声波焊机对比1台激光焊机，如此比较，超声波优胜于激光。 　　经过这几个反面的对比较量，我们发现超声波金属焊接在太阳能行业应用中，焊接工艺和综合性能都要优于激光焊接。而且从使用经验来看，超声波金属焊接作为我国太阳能领域的以往的主要焊接技术，已经有了比较丰富的应用经验，这也是为什么近两年很多上马平板项目的太阳能企业也选择了超声波金属焊接。 　　至于之前很多太阳能企业所顾虑的焊接设备成本居高不下的问题，也已经随着楚鑫机电公司自主研发的全自动整板超声波金属焊接机的上市得到很大程度的缓解。哪种焊接技术更具备优势，市场的选择将成为最有效的验证途径，笔者也与广大读者一样期待着我国金属焊接技术的进一步飞跃，使众多生产型企业和广大消费者得以体验和享受到科技进步带来的丰硕成果。 作者:刘旭