車間中的溫度很高，但還沒有達到讓人無法忍受的地步。兩名機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)最快的一臺激光加工機床上。從2010年開始，這臺機床就占據(jù)了業(yè)內的頭把交椅。
這個車間原先是菲斯曼公司在洛林地區(qū)廠房里的一間倉庫。這個來自黑森州阿倫多夫的企業(yè)將太陽能集熱器的生產基地搬遷到這里，并且很快取得了快速發(fā)展。在背陰的車間后部，一些特種機床將銅管彎曲并焊接成波浪形。在廠房前部則是這臺屢創(chuàng)記錄的激光加工機床，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。
為了使這臺激光機床能夠完成這樣的作業(yè)，生產部經(jīng)理克勞德?陶施不得不做很多勸說工作：“我們原本根本沒有打算重新投資了。我們所希望的，僅僅是用鋁來代替銅。”
因為銅非常昂貴，而當時吸熱器還是完全由銅制造的。這種金屬不僅導熱性能非常好，抗腐蝕性也極為出色。而后面這個特性僅僅對吸熱管有意義。陶施先生說：“原則上，我們原先可以毫不擔心地就轉換為用鋁材制造吸熱器。對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
但是對于當時業(yè)內流行的激光點焊工藝而言，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相差很大，銅的熔點為1083.4℃，鋁的熔點為660.4℃，因此，當鋁已經(jīng)開始熔化的時候，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上，而是照射到離銅管接觸點上方百分之幾毫米的地方，然后銅管所產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。產生的一列焊點就將兩個工件連接起來。但是最關鍵的問題是：銅管和鋁板的連接強度究竟有多大？
由于菲斯曼的太陽能集熱器要滿足十分嚴格的質量要求，因此陶施先生設定了一個焊點可承受30噸拉力的目標，這個數(shù)值相當于一般焊縫的至少兩倍。但是，“我們利用原有的焊接設備作了上百次焊接試驗，也從來沒有一次接近這個目標。”
“滿懷失望的我啟程去往奧地利，”克勞德 ? 陶施對當時的情形回憶道。一家奧地利機械制造商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：在一個產自菲斯曼公司競爭對手的太陽能裝置上，DTEC 公司對新型太陽能吸熱板焊接機進行了一些測試。陶施先生和他的同事取出他們攜帶的鋁板和銅管，用這臺焊接機焊接起來，然后驚訝地發(fā)現(xiàn)：第一次試驗時每個焊點的位置就非常精確！他的團隊原先在菲斯曼做試驗時幾乎達不到這個要求。然后是嚴格的拉伸試驗：焊點可承受拉力達到45噸，遠遠超過要求。而且在接下來的試驗中，DTEC公司的 PulsSpeed 系列激光焊接機加工的每個焊點也可靠地達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)出傳感器信號到下達控制命令需要幾分之一秒的時間，這就會造成焦點位置出現(xiàn)細小的誤差。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械導軌：一個滾輪將銅管壓向鋁板，焊接頭圍繞著凸輪轉動并且跟蹤銅管的移動，”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定的，并且激光會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用。“我堅信我們的未來就維系在這款激光焊接機上，”陶施先生說。“如果它的工作速度足夠快，整個生產流程都會隨著縮短，我們就可以減少我們的庫存量。”前提條件是：他必須對這臺激光焊接機100%的信任。它在工作時必須沒有暫停和噪音，不產生意外的額外成本、停產成本和維修成本。陶施先生在給DTEC 公司的技術任務書中寫明了這些要求。節(jié)拍時間為每72秒加工好一個吸熱板。
這個奧地利廠家設計的激光焊接機有兩個激光腔體。因此，可以用一個激光腔體進行加工，另一個待命。在裝料處和激光腔體之間有七個由焊接機控制的移動工作臺。由通快集團的四個TruPulse 系列激光器發(fā)射出激光。即使銅管會產生一定的回射現(xiàn)象，這種固體激光器也能穩(wěn)定工作。陶施先生說：“我們對這種激光源非常放心。我們按照計劃更換燈管，只有到下一次維護周期時才會想到燈管的維護，”DTEC 公司的這款激光焊接機如今在位于洛林地區(qū)福爾屈埃蒙縣的菲斯曼工廠運轉了三年，焊接過17種不同型號的太陽能吸熱板。“我們對此十分贊賞。還從來沒有校正過一次參數(shù)！”陶施先生說。
從這一點就可以看到菲斯曼對于這臺激光焊接機的信賴：專門為它設置了機位。最多可以臨時存放50個吸熱板。這足夠后續(xù)的生產線工作四個小時了。“先前如果我們的最低庫存水平低于生產線工作10小時的用量，我就要開始著急了。如今我們根據(jù)庫存量生產的吸熱板數(shù)量少得多，但是我知道我可以信賴這臺機器。”陶施先生看著這臺激光焊接機說。“我們還額外支付了一點費用。因此它現(xiàn)在工作時的噪音很低。任何人都希望工作環(huán)境安靜，我們就實現(xiàn)了這個目標。”
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