車間中的溫度很高，但還沒有達(dá)到讓人無法忍受的地步。兩名機(jī)器操作員正在往臉上噴灑水霧。暗影和光斑映照在鋁板、銅管和光伏行業(yè)最快的一臺(tái)激光加工機(jī)床上。從2010年開始，這臺(tái)機(jī)床就占據(jù)了業(yè)內(nèi)的頭把交椅。
這個(gè)車間原先是菲斯曼公司在洛林地區(qū)廠房里的一間倉庫。這個(gè)來自黑森州阿倫多夫的企業(yè)將太陽能集熱器的生產(chǎn)基地搬遷到這里，并且很快取得了快速發(fā)展。在背陰的車間后部，一些特種機(jī)床將銅管彎曲并焊接成波浪形。在廠房前部則是這臺(tái)屢創(chuàng)記錄的激光加工機(jī)床，正在將銅制波紋管和鋁板焊接成吸熱器——太陽能集熱器的核心模塊。
為了使這臺(tái)激光機(jī)床能夠完成這樣的作業(yè)，生產(chǎn)部經(jīng)理克勞德?陶施不得不做很多勸說工作：“我們?cè)靖緵]有打算重新投資了。我們所希望的，僅僅是用鋁來代替銅。”
因?yàn)殂~非常昂貴，而當(dāng)時(shí)吸熱器還是完全由銅制造的。這種金屬不僅導(dǎo)熱性能非常好，抗腐蝕性也極為出色。而后面這個(gè)特性僅僅對(duì)吸熱管有意義。陶施先生說：“原則上，我們?cè)瓤梢院敛粨?dān)心地就轉(zhuǎn)換為用鋁材制造吸熱器。對(duì)于太陽能集熱器的功能和使用壽命，兩者沒有什么不同，但是在材料成本方面則大幅降低了。”
攝氏423度的溫差
但是對(duì)于當(dāng)時(shí)業(yè)內(nèi)流行的激光點(diǎn)焊工藝而言，加工何種材料還是有很大的區(qū)別。由于這兩種金屬的熔點(diǎn)相差很大，銅的熔點(diǎn)為1083.4℃，鋁的熔點(diǎn)為660.4℃，因此，當(dāng)鋁已經(jīng)開始熔化的時(shí)候，銅還只是呈現(xiàn)水平伸展的狀態(tài)。但是這兩種材料都無法焊接，陶施先生對(duì)此說道：“這取決于滿足的一系列條件。”
為了克服這兩種金屬在熔點(diǎn)上的巨大差異，焊接激光光束不是照射在銅管和鋁板的接觸點(diǎn)上，而是照射到離銅管接觸點(diǎn)上方百分之幾毫米的地方，然后銅管所產(chǎn)生的一部分熱量釋放給鋁板。如果一切順利，也就是銅管與鋁板無縫地接觸。只要激光束聚焦正確、激光脈沖的能量和功率計(jì)量精確，那么發(fā)熱并開始熔化的銅就將能量傳遞給鋁，鋁同樣開始熔化。產(chǎn)生的一列焊點(diǎn)就將兩個(gè)工件連接起來。但是最關(guān)鍵的問題是：銅管和鋁板的連接強(qiáng)度究竟有多大？
由于菲斯曼的太陽能集熱器要滿足十分嚴(yán)格的質(zhì)量要求，因此陶施先生設(shè)定了一個(gè)焊點(diǎn)可承受30噸拉力的目標(biāo)，這個(gè)數(shù)值相當(dāng)于一般焊縫的至少兩倍。但是，“我們利用原有的焊接設(shè)備作了上百次焊接試驗(yàn)，也從來沒有一次接近這個(gè)目標(biāo)。”
“滿懷失望的我啟程去往奧地利，”克勞德 ? 陶施對(duì)當(dāng)時(shí)的情形回憶道。一家奧地利機(jī)械制造商DTEC公司的總經(jīng)理米夏埃爾?迪特爾之前告訴了陶施先生一些特別的東西：在一個(gè)產(chǎn)自菲斯曼公司競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的太陽能裝置上，DTEC 公司對(duì)新型太陽能吸熱板焊接機(jī)進(jìn)行了一些測(cè)試。陶施先生和他的同事取出他們攜帶的鋁板和銅管，用這臺(tái)焊接機(jī)焊接起來，然后驚訝地發(fā)現(xiàn)：第一次試驗(yàn)時(shí)每個(gè)焊點(diǎn)的位置就非常精確！他的團(tuán)隊(duì)原先在菲斯曼做試驗(yàn)時(shí)幾乎達(dá)不到這個(gè)要求。然后是嚴(yán)格的拉伸試驗(yàn)：焊點(diǎn)可承受拉力達(dá)到45噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過要求。而且在接下來的試驗(yàn)中，DTEC公司的 PulsSpeed 系列激光焊接機(jī)加工的每個(gè)焊點(diǎn)也可靠地達(dá)到了銅鋁焊接的很多要求。
在此之前，光伏業(yè)的常用焊接方法是將帶有傳感器的焊接頭從套管旁邊穿過。但是，從發(fā)出傳感器信號(hào)到下達(dá)控制命令需要幾分之一秒的時(shí)間，這就會(huì)造成焦點(diǎn)位置出現(xiàn)細(xì)小的誤差。這樣就威脅到了銅鋁焊接的過程。“相反，我們采用一種固定的機(jī)械導(dǎo)軌：一個(gè)滾輪將銅管壓向鋁板，焊接頭圍繞著凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)并且跟蹤銅管的移動(dòng)，”米夏埃爾 ? 迪特爾解釋道：“這樣就保證了熱量流的穩(wěn)定，銅管的位置始終是精確設(shè)定的，并且激光會(huì)安全地照射到工件上。”
沒有中斷，沒有噪音
但是，采用新工藝要付出不菲的費(fèi)用。“我堅(jiān)信我們的未來就維系在這款激光焊接機(jī)上，”陶施先生說。“如果它的工作速度足夠快，整個(gè)生產(chǎn)流程都會(huì)隨著縮短，我們就可以減少我們的庫存量。”前提條件是：他必須對(duì)這臺(tái)激光焊接機(jī)100%的信任。它在工作時(shí)必須沒有暫停和噪音，不產(chǎn)生意外的額外成本、停產(chǎn)成本和維修成本。陶施先生在給DTEC 公司的技術(shù)任務(wù)書中寫明了這些要求。節(jié)拍時(shí)間為每72秒加工好一個(gè)吸熱板。
這個(gè)奧地利廠家設(shè)計(jì)的激光焊接機(jī)有兩個(gè)激光腔體。因此，可以用一個(gè)激光腔體進(jìn)行加工，另一個(gè)待命。在裝料處和激光腔體之間有七個(gè)由焊接機(jī)控制的移動(dòng)工作臺(tái)。由通快集團(tuán)的四個(gè)TruPulse 系列激光器發(fā)射出激光。即使銅管會(huì)產(chǎn)生一定的回射現(xiàn)象，這種固體激光器也能穩(wěn)定工作。陶施先生說：“我們對(duì)這種激光源非常放心。我們按照計(jì)劃更換燈管，只有到下一次維護(hù)周期時(shí)才會(huì)想到燈管的維護(hù)，”DTEC 公司的這款激光焊接機(jī)如今在位于洛林地區(qū)福爾屈埃蒙縣的菲斯曼工廠運(yùn)轉(zhuǎn)了三年，焊接過17種不同型號(hào)的太陽能吸熱板。“我們對(duì)此十分贊賞。還從來沒有校正過一次參數(shù)！”陶施先生說。
從這一點(diǎn)就可以看到菲斯曼對(duì)于這臺(tái)激光焊接機(jī)的信賴：專門為它設(shè)置了機(jī)位。最多可以臨時(shí)存放50個(gè)吸熱板。這足夠后續(xù)的生產(chǎn)線工作四個(gè)小時(shí)了。“先前如果我們的最低庫存水平低于生產(chǎn)線工作10小時(shí)的用量，我就要開始著急了。如今我們根據(jù)庫存量生產(chǎn)的吸熱板數(shù)量少得多，但是我知道我可以信賴這臺(tái)機(jī)器。”陶施先生看著這臺(tái)激光焊接機(jī)說。“我們還額外支付了一點(diǎn)費(fèi)用。因此它現(xiàn)在工作時(shí)的噪音很低。任何人都希望工作環(huán)境安靜，我們就實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)。”
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