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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傳遞到兩個需焊接的金屬表面，在加壓的情況下，使兩個金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的滲合，優點：快速、節能、接合強度高、導電性好、無火花、接近冷態加工。

1材料選擇及特性要求

1.1吸熱片

目前國內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。實際應用中，有幾個基本方向：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。舉個例子：0.12mm厚的藍鈦膜片，通常可以選擇0.3mm紋深的焊頭，焊縫寬度為2mm-2.6mm；當考慮焊頭磨損壽命時，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

目前國內所采用的銅管主要有Φ8、Φ10、Φ12三種規格，還有一些客戶用9.5等規格，但并不多見。壁厚范圍：0.45mm-1.0mm，狀態有：硬態、半硬態、軟態。激光焊對于銅管狀態沒有要求，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械強度。為什么超聲波焊對銅管強度要求較高呢？

原因在于其工作原理：相對往復加速度所產生的擠壓擴散。我們通常加在所焊工件上的靜壓力約200N，這個力并不大，但超聲波焊接時會產生約50000g的往復加速度，這個微觀作用力就很大，焊接時，材料被這個力直接成型，同時伴隨著局部溫升，當銅管強度不夠時，將會產生屈服變形，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，由于其為半硬態或軟態，建議銅管壁厚為1.0mm。

2超聲波焊接參數選擇

對于太陽能滾焊的應用，主要參數：振幅、壓力、速度（相當于焊接時間）。超聲波輸出功率邑振幅伊壓力，所以，某種程度上來說，當輸出功率一定時，振幅和壓力是負相關的。

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，同時振幅邑材料厚度。基于鋁材的機械強度比銅差，所以焊鋁的振幅要稍低約20%。這樣就要求機器必須有振幅連續可調功能。超聲波機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）。調整振幅，從電路的角度講，就是調整換能器的驅動電壓，通常可調范圍為20%-100%。

2.2壓力

通過氣缸加在焊頭上的靜壓力。這個壓力通常約為200N。壓力邑材料厚度；壓力邑材料硬度。壓力并不是越大越好，通常需根據焊點的面積、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器，焊接速度很慢，這是因為這些機器的振幅達不到要求，所以用速度來補償。

3不良焊接現象分析

1. 整體焊不牢

出現這種情況，主要是參數不對，超聲波輸出能量達不到焊接的要求。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律性，如是否相隔固定長度有問題，或者每次都是一個地方焊不好。焊頭周長是200mm，如果出現200mm 的規律性，那就是焊頭磨損問題。如果都是一個地方焊不好，最大可能性是那個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用，很多會出現這樣的問題。這個問題的根本原因在于鋁材料的特性與金屬的結合性較好。焊鋁速度快。當出現鋁粘到焊頭的情況時，用焊頭在銅管上多滾幾道，鋁與銅的結合特性較鋼好。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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