串焊机中拉带机构的改进

郭旭东，白建卫，刘　健

（中电科风华信息装备股份有限公司，山西　太原　030024）

引言

太阳能是永不枯竭的绿色能源，与风电、水电、核电等相比，太阳能发电具有零排放和零噪音污染的优点。光伏产业是战略性新兴产业，它的发展必然带动光伏设备产业繁荣发展。

1　全自动串焊机工作简介

1.1　设备功能

全自动串焊机用焊带将太阳能电池片正反面依次焊接成串（见图1）。焊带长度和电池片数量可根据工艺要求设定。

图1　电池串示意

1.2　焊带介绍

光伏焊带又称镀锡铜带或涂锡铜带。作为互连条，其主要作用是收集太阳能电池片上的电流并将电流输送出去，是太阳能组件生产过程中的重要材料。

焊带一般是成卷供料，因为存在应力，其在自然状态下会有弯曲，因此必须先将焊带延展拉直后才能与电池片进行焊接（见图2），否则会出现露白、虚焊、假焊等现象，造成返工甚至报废，增加生产成本[1]。

图2　焊带卷辊、弯曲、延展拉直状态

2　焊接流程

电池片由上料机械手送到焊接工位，拉带机构夹取焊带并延展，然后将经过延展的焊带拉至焊接工位，切刀将焊带切断，高温焊头下降接触焊带，按设定距离边移动边完成电池片与焊带的焊接。

主要结构如图3所示。

图3　焊接部分结构示意

3　拉带机构工作原理

拉带机构有两个作用：一是拉取合适长度的焊带进行电池片串联焊接；二是对焊带进行延展整形，保证焊带在焊接前平整、光滑，无扭曲现象。

首先，拉带机构夹住焊带的前端，延展压块下降将焊带压紧，切断压块释放，拉带机构夹取焊带前进一定距离，使其塑性变形，完成延展；然后，延展压块上升释放焊带，拉带机构将延展拉直后的焊带拉至设定长度，切断压块下降将焊带压紧；切刀机构切断焊带，拉带机构将切断后的焊带拉至焊接工位，如下页图4所示[2]。

4　拉带机构存在的问题

现有串焊机的拉带机构为直立下压式（如下页图5所示），由带导杆气缸驱动其竖直上下运动完成焊带的夹取和释放。

图4　拉带机构工作示意图

图5　直立下压拉带机构

1）夹板平滑（见图5），助焊剂结晶残留在夹板上，导致焊带延展过程中容易出现焊带打滑，使得焊带焊后出现端头不齐（见图6）和露白（见图7）现象，造成产品质量不合格。

2）直立下压方式对拉带机构底板与夹板的平行度要求高，气缸导杆与套筒间有小间隙，夹取过程中夹板状态不稳定，有时会造成拉带时焊带从夹子中脱落（见图 8）。

图7　露白

图8　拉带机构与高温焊头位置

3）机构高度方向尺寸大，由于结构限制，造成其距离高温焊头近，降低了气缸的使用寿命（见上页图3）。

5　串焊机拉带机构的改进

5.1　夹板的改进

为了避免残留的助焊剂结晶粘到夹板上，在夹板上设计锯齿状纹（如图9所示），使助焊剂结晶聚集在锯齿槽内，解决了焊带与夹板在延展过程中发生相对位移的问题。合适的锯齿深度和齿距既要保证在延展过程中不发生打滑现象，也要保证不能夹取太深，破坏焊带的锡层和铜基，否则会导致夹取部分焊带虚焊，影响产品质量[3]。

根据试验得出，当槽深为0.5mm、宽为0.5mm时满足设计要求。

图9　锯齿状夹板（单位：mm）

5.2　夹取方式的改进

如图10所示，新的拉带机构采用卧式旋转夹取方式。该机构采用更紧凑的气缸水平安装，通过连杆机构转换为旋转夹取，解决了夹取中夹板不稳定导致焊带脱落问题。

这种结构比直立下压式拉带机构高度减少了20mm，距离高温焊头更远，在一定程度上提高了气缸寿命。

图10　卧式旋转夹取机构

5.3　分析比较

根据生产过程中的测试数据，将直立下压式拉带机构和卧式旋转拉带机构进行对比分析，得出如下结论：

1）根据生产工艺要求，焊带端头位移（见图6）不得超过1mm，由下页图11可知，直立下压式拉带机构在工作19 h后已经不能正常生产。卧式旋转拉带机构在工作23 h前会产生0.4mm左右的位移，之后此位移值趋于稳定，在工艺要求范围内。

图11　打滑位移随时间变化对比图

2）焊接后的电池串，要求露白（见图7）不得超过0.1mm，由图12可知，直立下压式拉带机构在使用18 h后会出现超过0.1mm的露白。卧式旋转拉带机构露白变化在0.06mm内，符合工艺要求。

通过以上分析，改进后的拉带机构性能远优于原拉带机构。

6　结语

卧式拉带机构能够稳定的完成焊带拉取和延展，提高了设备的稳定性，解决了立式拉带机构频繁出现露白、焊带打滑位移和夹取过程中脱带等问题，减少了人工清理和更换夹板的周期，提高了设备的生产效率。

图12　露白随时间变化对比图

[1]余建，张红，王勋荣.硅太阳能电池片焊接不良分析及对策[J].常州信息职业技术学院学报，2014，13（2）：28-30

[2]施学斌.太阳能电池焊接工艺改进及全自动焊机的介绍[J].制造业自动化，2013，35（15）：17-18；28.

[3]刘彬，伍凌川，彭旭.太阳能组件自动化装配技术现状及发展[J].兵工自动化，2011，30（4）：69-71.