串焊機中拉帶機構的改進

郭旭東，白建衛，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，太陽能發電具有零排放和零噪音污染的優點。光伏產業是戰略性新興產業，它的發展必然帶動光伏設備產業繁榮發展。

1　全自動串焊機工作簡介

1.1　設備功能

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量可根據工藝要求設定。

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，是太陽能組件生產過程中的重要材料。

焊帶一般是成卷供料，因為存在應力，其在自然狀態下會有彎曲，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），否則會出現露白、虛焊、假焊等現象，造成返工甚至報廢，增加生產成本[1]。

圖2　焊帶卷輥、彎曲、延展拉直狀態

2　焊接流程

電池片由上料機械手送到焊接工位，拉帶機構夾取焊帶并延展，然后將經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，按設定距離邊移動邊完成電池片與焊帶的焊接。

主要結構如圖3所示。

圖3　焊接部分結構示意

3　拉帶機構工作原理

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

首先，拉帶機構夾住焊帶的前端，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，拉帶機構將延展拉直后的焊帶拉至設定長度，切斷壓塊下降將焊帶壓緊；切刀機構切斷焊帶，拉帶機構將切斷后的焊帶拉至焊接工位，如下頁圖4所示[2]。

4　拉帶機構存在的問題

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

圖4　拉帶機構工作示意圖

圖5　直立下壓拉帶機構

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

2）直立下壓方式對拉帶機構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不穩定，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　拉帶機構與高溫焊頭位置

3）機構高度方向尺寸大，由于結構限制，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　串焊機拉帶機構的改進

5.1　夾板的改進

為了避免殘留的助焊劑結晶粘到夾板上，在夾板上設計鋸齒狀紋（如圖9所示），使助焊劑結晶聚集在鋸齒槽內，解決了焊帶與夾板在延展過程中發生相對位移的問題。合適的鋸齒深度和齒距既要保證在延展過程中不發生打滑現象，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，影響產品質量[3]。

根據試驗得出，當槽深為0.5mm、寬為0.5mm時滿足設計要求。

圖9　鋸齒狀夾板（單位：mm）

5.2　夾取方式的改進

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

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

圖10　臥式旋轉夾取機構

5.3　分析比較

根據生產過程中的測試數據，將直立下壓式拉帶機構和臥式旋轉拉帶機構進行對比分析，得出如下結論：

1）根據生產工藝要求，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在工作19 h后已經不能正常生產。臥式旋轉拉帶機構在工作23 h前會產生0.4mm左右的位移，之后此位移值趨于穩定，在工藝要求范圍內。

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在使用18 h后會出現超過0.1mm的露白。臥式旋轉拉帶機構露白變化在0.06mm內，符合工藝要求。

通過以上分析，改進后的拉帶機構性能遠優于原拉帶機構。

6　結語

臥式拉帶機構能夠穩定的完成焊帶拉取和延展，提高了設備的穩定性，解決了立式拉帶機構頻繁出現露白、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，提高了設備的生產效率。

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].常州信息職業技術學院學報，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現狀及發展[J].兵工自動化，2011，30（4）：69-71.