[发明专利]吸热板和导热管的焊接方法及其专用设备

说明书

技术领域

本发明涉及吸热板和导热管的焊接方法，用于太阳能集热器中吸热板管的制造，属于太阳能应用领域。另外，本发明还涉及实施上述方法的专用设备。

背景技术

由吸热板和导热管焊接而成的吸热板管是太阳能集热器中的重要部件，其中的吸热板吸收太阳光，升温后加热与其连接的导热管内的传热介质，通过传热介质的循环将热量传递到水箱，产生热水。太阳能集热器中吸热板和导热管的传热效果，是关系到太阳能集热器的集热效率的重要环节。

如图1所示，现有的平板型太阳能集热器中的吸热板管，通常是由厚度在0.15-0.5毫米之间较薄的铝质或铜质的吸热板11的反面(带有太阳能选择性吸收涂镀层的一面为吸热板的正面，而另一面为吸热板的反面)上固定连接有直列的厚度在0.5-1.0毫米之间、直径为8-12毫米之间的铜质导热管12组成，其中的导热管12的端部还联通联汇管13。

随着激光技术的发展，激光焊接日趋成熟。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接。激光焊接包括激光热导焊接和激光深熔焊接。吸热板管中吸热板和导热管的连接加工工艺已经开始采用激光热导焊接。相对于激光深熔焊接，通常激光热导焊接所用激光功率密度较低，工件吸收激光后，仅达到表面熔化，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。由于激光热导焊接中经聚焦后的激光束光斑小(0.1～0.3mm)，焦斑区域内功率密度高，具有传统焊接方法无法比拟的显著优点如：加热范围小，焊缝和热影响区窄，焊接速度快，接头性能优良，残余应力和焊接变形小，可对高熔点、高热导率、热敏感材料及非金属进行焊接，可以实现高精度的自动化焊接。但同时，激光热导焊接也存在着对焊接工件本身的形位公差要求很高的缺陷，由于激光热导焊接的激光束光斑小、深宽比也较小，功率密度较低，焊接工件的形位公差稍有不慎就会产生虚焊。另外，为了减少虚焊的产生而加大激光功率时，会对吸热板正面的太阳能选择性吸收镀层产生破坏。此外，当导热管换用不同的材料时，所适用的激光热导焊接的自动化焊接工艺也需要单独设计或在原有基础上进行较大的改变。

中国专利文献CN101076413A公开了一种用于制造换热器的方法以及实施该方法的设备。采用该发明方法进行吸热板11和导热管12的激光焊接中，需要通过引导件(相当于该专利文献中的引导轮12)对导热管(相当于该专利文献中的金属管道6)同时进行挤压，使得导热管和吸热板(相当于该专利文献中的金属薄板2)紧密接触；并需要通过两组辊子组成整形装置的挤压，把弯曲的导热管矫直；一对激光聚焦头(相当于该专利文献中的激光14)在导热管的两侧同时设置进行点焊，形成如图2所示的吸热板管焊接截面示意图，其剖切位置在焊点上。

该方法中，对激光聚焦头的定位精度和弯曲导热管的矫直精度要求都很高，焊接中光斑位置稍有偏差便会造成偏焊和漏焊。而现实加工中，由于激光焊接台(相当于该专利文献中的施加单元8)的重复定位偏差、随机振动，因导热管的材质、形态变化产生的引导件的定位偏差等，很难严格保持控制光斑的位置精度，导致制造出的吸热板管产品具有较高的费品率。

该发明中，由于两组辊子组成整形装置的挤压力度有限，导热管必须采用较软的纯铜管盘卷材，才能达到矫直的效果。

即使采用较软的纯铜管，两组辊子组成整形装置的挤压变形也不能超出一定弹-塑性变形范围。否则，如挤压变形达到0.1毫米时，激光聚焦位置就会产生偏差超范围，形成偏焊和漏焊。另外，焊接后的内应力也会导致部分焊点与日后交变热应力共同作用产生应力扯离，致使焊点脱落。

发明内容

本发明在于提供一种吸热板和导热管的焊接方法，使得激光焊接时对激光聚焦头的聚焦精度的要求大幅降低，从而较大幅度提高产品合格率。

为此，本发明提供了一种吸热板和导热管的焊接方法，包括如下步骤：吸热板置于焊接工作台的工作平面上，导热管安装于吸热板上，引导件在导热管的外表面上移动并挤压导热管的同时，在导热管和吸热板间进行等间距激光点焊使得导热管和吸热板两者的材料间形成热熔固接，其特征还在于采用上述焊接方法进行激光焊接时：

(1)在吸热板和导热管形成的楔形区域内置入辅助填料；

(2)使得激光光斑主要聚焦在辅助填料上；

(3)经激光焊接形成以辅助填料为导热管和吸热板间主要熔融固接材料的焊点。

未加入辅助填料时，激光聚焦头聚焦的光斑必须既要把吸热板的部分熔化，也要把导热管的部分熔化，才能使得两者的熔化部分混溶在一起，形成焊点。因此，激光聚焦头只能聚焦在导热管和吸热板间的很小区域内。