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金属钣金新闻

异种金属材料焊接的激光解决方案

星之球科技 来源:荣格2015-04-25 我要评论(0 )   

车间中的温度很高,但还没有达到让人无法忍受的地步。两名机器操作员正在往脸上喷洒水雾。暗影和光斑映照在铝板、铜管和光伏行业

       车间中的温度很高,但还没有达到让人无法忍受的地步。两名机器操作员正在往脸上喷洒水雾。暗影和光斑映照在铝板、铜管和光伏行业最快的一台激光加工机床上。从2010年开始,这台机床就占据了业内的头把交椅。
 
       这个车间原先是菲斯曼公司在洛林地区厂房里的一间仓库。这个来自黑森州阿伦多夫的企业将太阳能集热器的生产基地搬迁到这里,并且很快取得了快速发展。在背阴的车间后部,一些特种机床将铜管弯曲并焊接成波浪形。在厂房前部则是这台屡创记录的激光加工机床,正在将铜制波纹管和铝板焊接成吸热器——太阳能集热器的核心模块。
 
       为了使这台激光机床能够完成这样的作业,生产部经理克劳德?陶施不得不做很多劝说工作:“我们原本根本没有打算重新投资了。我们所希望的,仅仅是用铝来代替铜。”
 
       因为铜非常昂贵,而当时吸热器还是完全由铜制造的。这种金属不仅导热性能非常好,抗腐蚀性也极为出色。而后面这个特性仅仅对吸热管有意义。陶施先生说:“原则上,我们原先可以毫不担心地就转换为用铝材制造吸热器。对于太阳能集热器的功能和使用寿命,两者没有什么不同,但是在材料成本方面则大幅降低了。”
 
摄氏423度的温差
 
       但是对于当时业内流行的激光点焊工艺而言,加工何种材料还是有很大的区别。由于这两种金属的熔点相差很大,铜的熔点为1083.4℃,铝的熔点为660.4℃,因此,当铝已经开始熔化的时候,铜还只是呈现水平伸展的状态。但是这两种材料都无法焊接,陶施先生对此说道:“这取决于满足的一系列条件。”
 
       为了克服这两种金属在熔点上的巨大差异,焊接激光光束不是照射在铜管和铝板的接触点上,而是照射到离铜管接触点上方百分之几毫米的地方,然后铜管所产生的一部分热量释放给铝板。如果一切顺利,也就是铜管与铝板无缝地接触。只要激光束聚焦正确、激光脉冲的能量和功率计量精确,那么发热并开始熔化的铜就将能量传递给铝,铝同样开始熔化。产生的一列焊点就将两个工件连接起来。但是最关键的问题是:铜管和铝板的连接强度究竟有多大?
 
       由于菲斯曼的太阳能集热器要满足十分严格的质量要求,因此陶施先生设定了一个焊点可承受30吨拉力的目标,这个数值相当于一般焊缝的至少两倍。但是,“我们利用原有的焊接设备作了上百次焊接试验,也从来没有一次接近这个目标。”
 
       “满怀失望的我启程去往奥地利,”克劳德 ? 陶施对当时的情形回忆道。一家奥地利机械制造商DTEC公司的总经理米夏埃尔?迪特尔之前告诉了陶施先生一些特别的东西:在一个产自菲斯曼公司竞争对手的太阳能装置上,DTEC 公司对新型太阳能吸热板焊接机进行了一些测试。陶施先生和他的同事取出他们携带的铝板和铜管,用这台焊接机焊接起来,然后惊讶地发现:第一次试验时每个焊点的位置就非常精确!他的团队原先在菲斯曼做试验时几乎达不到这个要求。然后是严格的拉伸试验:焊点可承受拉力达到45吨,远远超过要求。而且在接下来的试验中,DTEC公司的 PulsSpeed 系列激光焊接机加工的每个焊点也可靠地达到了铜铝焊接的很多要求。
 
       在此之前,光伏业的常用焊接方法是将带有传感器的焊接头从套管旁边穿过。但是,从发出传感器信号到下达控制命令需要几分之一秒的时间,这就会造成焦点位置出现细小的误差。这样就威胁到了铜铝焊接的过程。“相反,我们采用一种固定的机械导轨:一个滚轮将铜管压向铝板,焊接头围绕着凸轮转动并且跟踪铜管的移动,”米夏埃尔 ? 迪特尔解释道:“这样就保证了热量流的稳定,铜管的位置始终是精确设定的,并且激光会安全地照射到工件上。”
 
没有中断,没有噪音
 
       但是,采用新工艺要付出不菲的费用。“我坚信我们的未来就维系在这款激光焊接机上,”陶施先生说。“如果它的工作速度足够快,整个生产流程都会随着缩短,我们就可以减少我们的库存量。”前提条件是:他必须对这台激光焊接机100%的信任。它在工作时必须没有暂停和噪音,不产生意外的额外成本、停产成本和维修成本。陶施先生在给DTEC 公司的技术任务书中写明了这些要求。节拍时间为每72秒加工好一个吸热板。
 
        这个奥地利厂家设计的激光焊接机有两个激光腔体。因此,可以用一个激光腔体进行加工,另一个待命。在装料处和激光腔体之间有七个由焊接机控制的移动工作台。由通快集团的四个TruPulse 系列激光器发射出激光。即使铜管会产生一定的回射现象,这种固体激光器也能稳定工作。陶施先生说:“我们对这种激光源非常放心。我们按照计划更换灯管,只有到下一次维护周期时才会想到灯管的维护,”DTEC 公司的这款激光焊接机如今在位于洛林地区福尔屈埃蒙县的菲斯曼工厂运转了三年,焊接过17种不同型号的太阳能吸热板。“我们对此十分赞赏。还从来没有校正过一次参数!”陶施先生说。
 
        从这一点就可以看到菲斯曼对于这台激光焊接机的信赖:专门为它设置了机位。最多可以临时存放50个吸热板。这足够后续的生产线工作四个小时了。“先前如果我们的最低库存水平低于生产线工作10小时的用量,我就要开始着急了。如今我们根据库存量生产的吸热板数量少得多,但是我知道我可以信赖这台机器。”陶施先生看着这台激光焊接机说。“我们还额外支付了一点费用。因此它现在工作时的噪音很低。任何人都希望工作环境安静,我们就实现了这个目标。”

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