侯邑平，楊麗姍，劉建生，朱富良

HOU Yi-ping, YANG Li-shan, LIU Jian-sheng, ZHU Fu-liang

（北京利瑪環(huán)太科技有限公司，北京 100120）

1 工藝概述

金屬—玻璃的熱壓封接是基于玻璃和金屬匹配封接技術(shù)理論基礎(chǔ)上，利用固態(tài)熱壓封接技術(shù)，對太陽能集熱管中的高硼硅玻璃，如下圖中3所示，和金屬可伐，如下圖中1所示， 通過中間介質(zhì)，如下圖中2所示，完成氣密性封接的過程。熱壓封接屬于固態(tài)焊接的一種特殊的焊接方法：對封接件加熱加壓，使其在連接處產(chǎn)生微量的塑性變形，進而發(fā)生原子間的相互擴散來實現(xiàn)焊接。我們在該項技術(shù)的基礎(chǔ)上進行了改進，增加中間介質(zhì)，亦可稱之為焊料。當(dāng)溫度達(dá)到焊料熔點的0.7～0.9倍的時候，對焊接件及焊料迅速施加沖擊壓力，使焊料迅速變型分解形成具有一定寬度但微薄的環(huán)狀封面，以完成玻璃和金屬的氣密封接。由于玻璃是脆性原料在瞬間的沖擊壓力既要保證玻璃完好無損又要實現(xiàn)氣密封接，故工藝要點是對溫度和壓力的控制。

傳統(tǒng)的玻璃—金屬封接工藝一般采用火焰封接。利用火焰將金屬加熱到紅熱狀態(tài)，將玻璃加熱到軟態(tài)，然后進行熔融封接。該項工藝對玻璃和金屬的膨脹系數(shù)的匹配度要求非常嚴(yán)格，熔封后要進行仔細(xì)的退火以消除封接過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力。傳統(tǒng)工藝封接過程完全依靠人工完成，工藝過程復(fù)雜、成品率低、能耗大，難以滿足工業(yè)大批量生產(chǎn)的要求。

金屬—玻璃的熱壓封接工藝技術(shù)彌補了傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的缺陷；不僅實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，而且保證熱壓封接的玻璃與金屬的封接面漏氣率小于1.0×10-10Pa·m3/s。

2 設(shè)備介紹

新型自動環(huán)繞式熱壓封接設(shè)備綜合爐窯烘箱設(shè)計與氣動液壓設(shè)計于一身，主體結(jié)構(gòu)為長方形隧道密封結(jié)構(gòu)。主要分為機械主體、液壓、氣動、電控幾部分，如下圖所示。

機械主體主要包括底架、烘箱、料盤、壓封室。底架為壓封機的主體基礎(chǔ)，長方形的底架內(nèi)側(cè)鋪設(shè)鋼性導(dǎo)軌，導(dǎo)軌用于支撐料盤，是實現(xiàn)料盤位移的載體。料盤用于裝載被封接工件，導(dǎo)軌上放置39塊料盤及一個空位。底架外側(cè)設(shè)計鋼性支架用以支撐烘箱，除上下料區(qū)沒有烘箱密封外，其他部分全部都由烘箱密閉。根據(jù)各溫區(qū)溫度要求烘箱內(nèi)壁安裝不同功率的加熱元件，不同溫區(qū)間由氣動隔門將其隔開。料盤在液壓推桿的作用下按照箭頭方向順序通過預(yù)熱區(qū)、加熱區(qū)、壓封室、緩冷區(qū)，完成升溫—保溫—壓封—降溫的工藝過程。壓封室為該設(shè)備的核心機構(gòu)，壓封室上部安裝壓封氣缸及壓頭。氣缸帶動壓頭完成壓頭往復(fù)上下位移，實現(xiàn)瞬間沖擊加壓、保壓過程，進而達(dá)到熱壓封接工藝要求。

液壓系統(tǒng)由一個液壓站及四個液壓推缸及推桿組成，分別為：前推進缸（桿 ）、右推進缸（桿）、后推進缸（桿）、左推進缸（桿），四個液壓缸依次順序動作完成料盤的步進式循環(huán)位移。當(dāng)有空位出現(xiàn)時，根據(jù)行進方向，相應(yīng)的液壓推桿進行推進，實現(xiàn)料盤坐標(biāo)平面的X—Y方向位移。每個液壓缸定位支架的前端和后端，分別安裝一個行程開關(guān)，用以檢測前推進到位信號和后退到位信號。

氣動系統(tǒng)控制不同溫區(qū)隔熱門的升降和壓封室壓頭的升降及加壓。主要由氣壓站、5個隔門氣缸和2個壓封氣缸組成。氣壓站由3個儲氣穩(wěn)壓罐和減壓閥組成：一個穩(wěn)壓罐保證系統(tǒng)運行，另外兩個穩(wěn)壓罐保證兩個壓封氣缸增壓之用。所有氣缸上均裝有傳感器，用于檢測氣缸上升、下降到位信號。電控系統(tǒng)由溫控回路和系統(tǒng)運行控制回路組成。溫控系統(tǒng)完成烘箱的加熱功能：溫控器通過測量元件測量烘箱的實際溫度，根據(jù)設(shè)定溫度的不同給出控制信號控制加熱器的開關(guān)并通過自身的PID控制調(diào)節(jié)烘箱加熱，溫度的波動范圍控制在±5℃。系統(tǒng)運行控制回路主要由一個PLC、若干繼電器及觸摸屏組成，實現(xiàn)所有控制信號的順序控制及自鎖保護、操作動作的手動自動控制及生產(chǎn)節(jié)拍的控制。生產(chǎn)時，人工手動將壓封工件在裝料區(qū)裝于料盤中，然后由左推進推桿→前推進推桿→右推進推桿→后推進推桿順序作用下將其推進烘箱，經(jīng)由預(yù)熱區(qū)、加熱區(qū)逐漸升溫到一定溫度后，進入壓封室。

當(dāng)壓封室兩側(cè)隔熱門均下降到位后，壓封室壓頭下降，當(dāng)下位信號顯示到位后，開始瞬間加壓，完成高硼硅玻璃和金屬可伐的熱壓封接。壓封完畢后，壓頭抬起料盤推出壓封室進入緩冷區(qū)，緩慢冷卻后進入卸料區(qū)，待人工手動取出工件。

3 結(jié)論

新型自動環(huán)繞式熱壓封接設(shè)備是集機、電、液一體的專業(yè)封接設(shè)備，是生產(chǎn)該產(chǎn)品的核心設(shè)備之一。該生產(chǎn)工藝我們具有自主知識產(chǎn)權(quán)，由此項技術(shù)生產(chǎn)出的“玻璃—金屬封接式”太陽真空集熱管系列產(chǎn)品將為太陽能光熱利用領(lǐng)域打開廣闊的市場空間，是世界上唯一實現(xiàn)成功商業(yè)運行模式的聚光太陽能熱發(fā)電（槽式發(fā)電）的核心集熱元件。新型自動環(huán)繞熱壓封接設(shè)備的設(shè)計研發(fā)和相關(guān)工藝的成熟為我國自主批量生產(chǎn)“金屬—玻璃封接式”太陽真空集熱管提供制造裝備保證，也為國內(nèi)自主研發(fā)槽式發(fā)電系統(tǒng)提供技術(shù)和試驗基礎(chǔ)。

[1]GB/T 19775-2005.玻璃-金屬封接式熱管真空太陽集熱管.