铝合金边框氧化膜膜裂问题的分析及解决方案

邱世建

（中信渤海铝业控股有限公司，河北 秦皇岛 066000）

目前，随着环保与绿色能源观念的深入人心，光伏产业得到迅猛发展。光伏发电站一般建立在空旷、人员稀少地区，这对光伏边框的使用寿命有严格要求。铝合金边框因其氧化膜的保护，可有效的延缓边框的腐蚀，提高使用寿命。目前绝大多数的光伏厂家采用的均为铝合金边框，氧化膜起到保护的作用，然而在生产过程中极易引起氧化膜膜裂，影响外观的同时，也缩减了光伏使用周期。本工作根据铝合金边框现场生产的实际情况，深入分析了膜裂的产生原因，探讨了膜裂的改善措施，并对措施进行了实际生产验证，防止膜裂产生的效果明显，可推广至铝合金类边框加工的其他领域[1]。

1 型材C面漏水孔区域膜裂缺陷分析与解决方案

如图1a所示，在加工漏水孔的过程中发现，漏水孔侧面沿加工方向会产生粗线型白雾状的膜裂。这是由于冲压时，随时冲击力较大，铝合金边框向内凹陷，变形较大，超出了氧化膜的附着强度，导致边框表面的氧化膜撕裂。

图1 边框C面漏水孔区域膜裂缺陷改善前后对比图

为解决该位置膜裂缺陷，现经过生产实际验证发现，通过优化漏水孔冲刀材质、刀刃角度、热处理工艺可以减轻膜裂缺陷，如图1b所示。漏水孔冲刀材质选择中国牌号为Cr12MoV的冷作模具钢，热处理工艺选择为真空热处理，保证其表面硬度不得小于60HRC，刀刃角度优化在50°较为合适。漏水孔冲刀如图2所示。

图2 漏水孔冲刀

2 型材D面过盈点附近膜裂缺陷分析与解决方案

如图3所示，在D面过盈点附近存在纵向膜裂，该膜裂较深，若继续扩大膜裂，则可能会导致铝合金边框过盈点整体开裂。此处膜裂产生的原因主要在两点：第一点，过盈点冲刀三个平面的平面度较差，存在有的冲压过深，有的冲压过浅的现象。过深时则会导致膜裂产生。第二点，过盈垫铁材质硬度不够，耐磨性较差，过盈倒角较小，冲压时应力集中，形成剪切应力，导致此缺陷的发生。

图3 边框D面过盈点附近膜裂缺陷改善前后对比图

为解决过赢点位置处膜裂缺陷，现提出以下改善措施：①过盈点冲刀三点平面度最大差值小于0.1mm；②过盈垫铁材质选择中国牌号为Cr12MoV的冷作模具钢，热处理工艺选择为真空热处理，保证其表面硬度不得小于50HRC；③过盈垫铁冲压面凹槽倒角由原来的R1更改为R2.5。改善后的效果如图3所示。过盈点冲刀和过盈垫铁如图4所示。

图4 过盈点冲刀和过盈垫铁

3 型材B面角件连接处条状或点状膜裂缺陷分析与解决方案

如图5所示，在B面角件连接处存在纵向膜裂，该膜裂有时为较长，有时为单点，沿着角件插入方向延伸。此处膜裂产生的原因主要为：角件边缘毛刺较大，在角件插入边框腔体的过程中，毛刺逐渐堆积，致使角件厚度增大，过盈偏差随之变大，从而导致角件连接处边缘凸起，引起膜裂[2]。

图5 型材B面角件连接处条状或点状膜裂缺陷改善前后对比图

为解决角件连接处膜裂缺陷，现提出以下改善措施：①增大角件下倒角，减小上倒角，当上毛刺堆积变形时，凸起的弧度增大，减小应力集中；②角件在锯切时，增加锯切速度，反方向锯切角件，使得毛刺方向向下，较少毛刺与边框接触的面积。改善后的效果如图5所示。修改后的角件如图6所示。

图6 修改后的角件结构

4 型材C面接地标识和安装孔附近的膜裂缺陷分析与解决方案

型材C面接地标识和安装孔附近也会产生不同程度的不规则膜裂缺陷。原因在于：生产过程中，刀具上升时带动型材上升与基座磕碰，从而产生的C面接地标识附近产生的膜裂缺陷。解决方案如下：操作指导书中规定冲加工过程中，每冲加工200支，加注一次润滑油，定期进行设备点检。冲具与型材之间存在一层薄薄的油层，较小硬碰撞，从而减轻膜裂缺陷。

另外，氧化膜厚过高亦可造成冲加工后型材C面安装孔附近产生膜裂缺陷。解决方案：重新梳理制定氧化膜厚内控标准。AA10内控标准：（10～ 13）μm；AA12内控标准：（12～ 16）μm；AA15内控标准：（15～19）μm。氧化工序生产时严格控制氧化膜厚度。

5 结论

边框型材膜裂缺陷极易出现在加工与连接的位置附近，主要由应力集中所引起，解决方案总结如下：①型材C面漏水孔区域膜裂缺陷通过更改漏水孔冲刀切口角度解决。②型材D面过盈点附近膜裂缺陷可通过更改过盈垫铁结构和材质解决。③型材B面角件连接处条状或点状膜裂缺陷可通过减小角件毛刺高度解决。④型材C面接地标识和安装孔附近的膜裂可通过冲刀润滑，控制氧化膜厚度解决。