全自动串焊机之工艺分析与结构优化设计

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近年来,国内外对清洁能源需求的增加,光伏组件的需求也在快速的增长,而目前中国已经是世界最大的光伏产品制造国。目前光伏组件的价格偏高和光伏产品使用寿命有待提高,所以既要提高光伏组件的品质,又要降低产品复杂的工艺成本。光伏组件的核心部件是太阳能电池片,电池片核心工艺之一就是串焊工艺。国内现有技术的手工焊接、半自动化、单线版等焊接机带来的焊接质量、焊接效率低、工艺成本高等问题逐渐凸显,并且国内全自动串焊机需求量非常大。本文正是针对太阳能电池片的全自动串焊机的国内现状开展研发,参考国际上德国等欧洲发达国家对高端全自动串焊机的研究开发经验,开发经济、高效、可靠的高端全自动串焊机,旨在使之尽快走在国际同类技术的前沿。  首先,针对国内现有的手工、半自动串焊机工艺,国外单线版串焊机的现状,研究开发一种新型的全自动串焊机,对其传动结构、运动原理、工艺原理等进行了创新设计,其中关键创新技术包括:新型的红外线焊接单元在单元结构、工艺理念进行创新设计,可以大大提高焊接质量,降低焊接碎片率;焊带烘干单元在单元结构进行创新设计,结构设计小巧、降低单元造价成本,缩小单元空间且便于维护;硅片定位单元在传动结构、运动原理上进行了创新设计,该创新设计既满足生产工艺,又大大降低设备的成本,提高硅片的定位的稳定性。除了这三个单元结构创新设计,还改进硅片上料单元、硅片机械手单元、硅片搬运单元等。应用三维设计软件SolidWorks,对新型全自动串焊机整体进行3D建模,应用Ansys workbench有限元软件,对主要的零部件进行了静态有限元分析和模态分析,校核了零部件的结构强度、刚度,且完成了进一步优化设计。  其次,应用Ansys workbench有限元软件,对预热、软接触焊接、红外线灯焊接过程中热传递及太阳能电池片的温度场、应力场、Y方向位移等技术参数进行热力学耦合场分析;分析研究发现预热工艺可以有效降低焊接过程中的电池片的应力和变形,而红外线灯焊接工艺在降低焊接过程中的热应力、残余应力方面的能力明显优于软焊接工艺。此为本项目开发研究的又一个创新点。  最后,进行了预热和焊接过程的热力学耦合场分析,对于提高电池片的焊接质量、降低焊接过程中的碎片率和提高组件的使用寿命有重要意义。理论与工艺分析表明碎片率降低0.1%,预热加红外焊接工艺与国内同类技术相比,提高焊接速度35%,产能提升30%,证明了课题理论分析的正确性以及优化方案的可行性,设计成果达到预期效果。经过参考文献和国内外大量资料的查询,验证了本新型全自动串焊机的开发设计,与国内同类技术相比,已达到领先水平,与国际先进水平相比,大幅度地降低设备造价成本。
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