郭旭東，白建衛(wèi)，劉　健

（中電科風華信息裝備股份有限公司，山西　太原　030024）

引言

太陽能是永不枯竭的綠色能源，與風電、水電、核電等相比，太陽能發(fā)電具有零排放和零噪音污染的優(yōu)點。光伏產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，它的發(fā)展必然帶動光伏設(shè)備產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展。

1　全自動串焊機工作簡介

1.1　設(shè)備功能

全自動串焊機用焊帶將太陽能電池片正反面依次焊接成串（見圖1）。焊帶長度和電池片數(shù)量可根據(jù)工藝要求設(shè)定。

圖1　電池串示意

1.2　焊帶介紹

光伏焊帶又稱鍍錫銅帶或涂錫銅帶。作為互連條，其主要作用是收集太陽能電池片上的電流并將電流輸送出去，是太陽能組件生產(chǎn)過程中的重要材料。

焊帶一般是成卷供料，因為存在應(yīng)力，其在自然狀態(tài)下會有彎曲，因此必須先將焊帶延展拉直后才能與電池片進行焊接（見圖2），否則會出現(xiàn)露白、虛焊、假焊等現(xiàn)象，造成返工甚至報廢，增加生產(chǎn)成本[1]。

圖2　焊帶卷輥、彎曲、延展拉直狀態(tài)

2　焊接流程

電池片由上料機械手送到焊接工位，拉帶機構(gòu)夾取焊帶并延展，然后將經(jīng)過延展的焊帶拉至焊接工位，切刀將焊帶切斷，高溫焊頭下降接觸焊帶，按設(shè)定距離邊移動邊完成電池片與焊帶的焊接。

主要結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　焊接部分結(jié)構(gòu)示意

3　拉帶機構(gòu)工作原理

拉帶機構(gòu)有兩個作用：一是拉取合適長度的焊帶進行電池片串聯(lián)焊接；二是對焊帶進行延展整形，保證焊帶在焊接前平整、光滑，無扭曲現(xiàn)象。

首先，拉帶機構(gòu)夾住焊帶的前端，延展壓塊下降將焊帶壓緊，切斷壓塊釋放，拉帶機構(gòu)夾取焊帶前進一定距離，使其塑性變形，完成延展；然后，延展壓塊上升釋放焊帶，拉帶機構(gòu)將延展拉直后的焊帶拉至設(shè)定長度，切斷壓塊下降將焊帶壓緊；切刀機構(gòu)切斷焊帶，拉帶機構(gòu)將切斷后的焊帶拉至焊接工位，如下頁圖4所示[2]。

4　拉帶機構(gòu)存在的問題

現(xiàn)有串焊機的拉帶機構(gòu)為直立下壓式（如下頁圖5所示），由帶導桿氣缸驅(qū)動其豎直上下運動完成焊帶的夾取和釋放。

圖4　拉帶機構(gòu)工作示意圖

圖5　直立下壓拉帶機構(gòu)

1）夾板平滑（見圖5），助焊劑結(jié)晶殘留在夾板上，導致焊帶延展過程中容易出現(xiàn)焊帶打滑，使得焊帶焊后出現(xiàn)端頭不齊（見圖6）和露白（見圖7）現(xiàn)象，造成產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

2）直立下壓方式對拉帶機構(gòu)底板與夾板的平行度要求高，氣缸導桿與套筒間有小間隙，夾取過程中夾板狀態(tài)不穩(wěn)定，有時會造成拉帶時焊帶從夾子中脫落（見圖 8）。

圖7　露白

圖8　拉帶機構(gòu)與高溫焊頭位置

3）機構(gòu)高度方向尺寸大，由于結(jié)構(gòu)限制，造成其距離高溫焊頭近，降低了氣缸的使用壽命（見上頁圖3）。

5　串焊機拉帶機構(gòu)的改進

5.1　夾板的改進

為了避免殘留的助焊劑結(jié)晶粘到夾板上，在夾板上設(shè)計鋸齒狀紋（如圖9所示），使助焊劑結(jié)晶聚集在鋸齒槽內(nèi)，解決了焊帶與夾板在延展過程中發(fā)生相對位移的問題。合適的鋸齒深度和齒距既要保證在延展過程中不發(fā)生打滑現(xiàn)象，也要保證不能夾取太深，破壞焊帶的錫層和銅基，否則會導致夾取部分焊帶虛焊，影響產(chǎn)品質(zhì)量[3]。

根據(jù)試驗得出，當槽深為0.5mm、寬為0.5mm時滿足設(shè)計要求。

圖9　鋸齒狀夾板（單位：mm）

5.2　夾取方式的改進

如圖10所示，新的拉帶機構(gòu)采用臥式旋轉(zhuǎn)夾取方式。該機構(gòu)采用更緊湊的氣缸水平安裝，通過連桿機構(gòu)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)夾取，解決了夾取中夾板不穩(wěn)定導致焊帶脫落問題。

這種結(jié)構(gòu)比直立下壓式拉帶機構(gòu)高度減少了20mm，距離高溫焊頭更遠，在一定程度上提高了氣缸壽命。

圖10　臥式旋轉(zhuǎn)夾取機構(gòu)

5.3　分析比較

根據(jù)生產(chǎn)過程中的測試數(shù)據(jù)，將直立下壓式拉帶機構(gòu)和臥式旋轉(zhuǎn)拉帶機構(gòu)進行對比分析，得出如下結(jié)論：

1）根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，焊帶端頭位移（見圖6）不得超過1mm，由下頁圖11可知，直立下壓式拉帶機構(gòu)在工作19 h后已經(jīng)不能正常生產(chǎn)。臥式旋轉(zhuǎn)拉帶機構(gòu)在工作23 h前會產(chǎn)生0.4mm左右的位移，之后此位移值趨于穩(wěn)定，在工藝要求范圍內(nèi)。

圖11　打滑位移隨時間變化對比圖

2）焊接后的電池串，要求露白（見圖7）不得超過0.1mm，由圖12可知，直立下壓式拉帶機構(gòu)在使用18 h后會出現(xiàn)超過0.1mm的露白。臥式旋轉(zhuǎn)拉帶機構(gòu)露白變化在0.06mm內(nèi)，符合工藝要求。

通過以上分析，改進后的拉帶機構(gòu)性能遠優(yōu)于原拉帶機構(gòu)。

6　結(jié)語

臥式拉帶機構(gòu)能夠穩(wěn)定的完成焊帶拉取和延展，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，解決了立式拉帶機構(gòu)頻繁出現(xiàn)露白、焊帶打滑位移和夾取過程中脫帶等問題，減少了人工清理和更換夾板的周期，提高了設(shè)備的生產(chǎn)效率。

圖12　露白隨時間變化對比圖

[1]余建，張紅，王勛榮.硅太陽能電池片焊接不良分析及對策[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學院學報，2014，13（2）：28-30

[2]施學斌.太陽能電池焊接工藝改進及全自動焊機的介紹[J].制造業(yè)自動化，2013，35（15）：17-18；28.

[3]劉彬，伍凌川，彭旭.太陽能組件自動化裝配技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].兵工自動化，2011，30（4）：69-71.