一種精密焊接在繼電器制造的實(shí)現(xiàn)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯一種精密焊接在繼電器制造的實(shí)現(xiàn)-設(shè)計(jì)應(yīng)用激光焊接是激光加工材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬于熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作為一種高質(zhì)量、高精度、低變形、高效率和高速度的焊接方法，隨著高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纖傳輸技術(shù)的完善、金屬鉬焊接聚束物鏡等的研制成功，使其在機(jī)械制造、航空航天、汽車工業(yè)、粉末冶金、生物醫(yī)學(xué)微電子行業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。

1.精密電阻點(diǎn)焊的應(yīng)用

在繼電器的觸點(diǎn)、簧片、支架、推桿、外殼密封、安裝板、隔磁片等部件中大量使用了電阻點(diǎn)焊工藝。

1.1電阻點(diǎn)焊的原理

焊件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法稱為電阻焊。電阻焊具有生產(chǎn)效率高、低成本、節(jié)省材料、易于自動化等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于航空、航天、能源、電子、汽車、輕工等各工業(yè)部門，是重要的焊接工藝之一。

如圖1所示，工件在上下電極間被加壓、通電，利用焦耳熱Q=0.24I2RT使工件熔化，冷卻結(jié)晶后產(chǎn)生熔焊核。

1.2電阻點(diǎn)焊的5大要素

從焦耳熱的公式可看出,焊接電流、通電時(shí)間、接觸電阻與發(fā)熱有直接關(guān)系，而接觸電阻與焊接時(shí)的壓力密切相關(guān)，此外，電極端部的尺寸會影響電流密度從而影響發(fā)熱，同時(shí)，電極材料對熱平衡影響重大，從而影響焊接效果。所以，我們稱焊接電流、通電時(shí)間、焊接壓力、電流密度、電極材料為影響電阻點(diǎn)焊的5大要素。

1.2.1焊接電流、通電時(shí)間

電阻點(diǎn)焊中，焊接電流I、通電時(shí)間T非常重要，其波形、穩(wěn)定性直接影響焊接效果，而I與T的特性是由焊接電源本身決定的，目前，焊接電源主要有單相交流式、電容儲能式、逆變式和晶體管式等4種。幾種焊接電流的波形見圖2,各種電阻點(diǎn)焊電源特點(diǎn)見表1.

1.2.2焊接壓力

焊接過程中壓力過小會產(chǎn)生飛濺，焊接加壓機(jī)構(gòu)壓力的追隨性也很重要。此外，在自動點(diǎn)焊機(jī)中，通常采用氣動加壓方式，而在小批量試制中，采用腳踩式加壓較為方便。

1.2.3電極

在電池中電極一般指與電解質(zhì)溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)的位置。電極有正負(fù)之分，一般正極為陰極，獲得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極則為陽極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。電極可以是金屬或非金屬，只要能夠與電解質(zhì)溶液交換電子，即成為電極。

電極的主要作用有導(dǎo)通電流，此外，在繼電器的點(diǎn)焊中，它通常還是工裝夾具的一部分。常用的電極材料有鎘青銅、鉻青銅、鉻鋯銅、鎢銅合金、鉬銅合金、鋁表面分散強(qiáng)化合金等，電極無好壞之分，只有搭配是否合理之分。電極選擇的一般原則是：

固有電阻大的工件選用固有電阻小的材料做電極，固有電阻小的工件，選用固有電阻大的材料做電極。如圖所示，JQX-15F的簧片與軛鐵的點(diǎn)焊，簧片一側(cè)采用WuCu電極，而軛鐵一側(cè)采用CrCu電極，這樣，熱量就會集中在工件結(jié)合面處，焊接效果較好。

1.3繼電器中電阻點(diǎn)焊的特點(diǎn)

1.3.1繼電器要點(diǎn)焊的工件通常導(dǎo)電、導(dǎo)熱性較好，尺寸又小，點(diǎn)焊時(shí)一般使用大電流、短時(shí)間即硬規(guī)范。

1.3.2繼電器零部件通常采用鍍鎳工藝，因?yàn)殄儗拥娜埸c(diǎn)與母材差異較大，現(xiàn)在點(diǎn)焊中通常采用兩段通電焊接，段去鍍層，第二段真正點(diǎn)焊，通電曲線如圖4所示

這里需要格外注意的是，采用電鍍鎳而不是化學(xué)鍍鎳，因?yàn)榛瘜W(xué)鍍鎳時(shí)溶液中通常加有有機(jī)物，有機(jī)物會隨同離子一起沉積于工件表面，而這些沉積的有機(jī)物是很難去除的。電鍍鎳時(shí)，溶液中加的是無機(jī)物，工件表面也就不會有有機(jī)物的沉積。有機(jī)物對電阻點(diǎn)焊和熔焊都是非常不利的。此外，因?yàn)楣饬羷┑脑?，鍍亮鎳的場合很難焊接。

1.3.3在繼電器部件的點(diǎn)焊中，經(jīng)常會遇到工件厚度比較大的情況，這時(shí)通常在一個(gè)工件上預(yù)先做好凸點(diǎn)或凸徑，這樣點(diǎn)焊就會變得很容易，如密封繼電器支架與底座的點(diǎn)焊，TO5繼電器的封焊等。凸點(diǎn)、凸徑的尺寸取決于材料的厚度。

1.3.4在這里要重點(diǎn)介紹一下觸點(diǎn)的點(diǎn)焊。

1.3.4.1通訊繼電器中接點(diǎn)的點(diǎn)焊

通訊繼電器中接點(diǎn)與簧片的尺寸都非常小，人工點(diǎn)焊非常困難，且效率低小，品質(zhì)難以保證。在國外，如西門子、松下、歐姆龍、神明等均采用自動點(diǎn)焊，接點(diǎn)通常用絲材，切斷后點(diǎn)焊在簧片帶料上。此點(diǎn)焊機(jī)較復(fù)雜，難點(diǎn)主要在送絲機(jī)構(gòu)上。現(xiàn)在，國內(nèi)已仿制出此設(shè)備，運(yùn)行效果較好。此種點(diǎn)焊機(jī)對焊接電源的品質(zhì)要求很高，基本上都是采用米亞基公司的逆變焊接電源IP-217A/IT-510B或晶體管式點(diǎn)焊電源MDA-4000B.圖5為國內(nèi)制造的接點(diǎn)自動點(diǎn)焊機(jī)的實(shí)物，圖6為使用該設(shè)備的接點(diǎn)焊接實(shí)物。

1.3.4.2密封繼電器中接點(diǎn)、簧片的點(diǎn)焊

密封繼電器簧片材料一般為AgMgNi鍍Au,利用簧片壓苞做接點(diǎn)使用，其與引腳的點(diǎn)焊焊接一般采用電阻點(diǎn)焊，但直接點(diǎn)焊兩者非常困難，可用Cu-Zn做過渡片，如圖7所示，這樣點(diǎn)焊就容易多了。在俄羅斯北霞，也采用激光焊接此部件，焊接時(shí)工件位置的擺放有一定的技巧，且必須保證2/3以上熔接，否則，強(qiáng)度及接觸電阻均不能保證。部分國內(nèi)廠家也已采用此焊接工藝。

2.激光焊接的應(yīng)用

激光焊接已廣泛應(yīng)用于密封繼電器外殼與底座的密封以及第3代通訊繼電器中端子、安裝耳朵、磁鋼、隔磁片的點(diǎn)焊等，此外，在汽車?yán)^電器中的簧片與軛鐵已大量使用激光連續(xù)點(diǎn)焊。

2.1激光焊接的特點(diǎn)

激光焊接是利用激光束優(yōu)異的方向性和高功率密度等特點(diǎn)進(jìn)行工作,所以激光焊接具有焊接熱影響區(qū)小、焊后變形小等特點(diǎn)。雖然電子束與激光的能量密度相當(dāng)，但通常電子束需在真空條件下進(jìn)行焊接，所以設(shè)備較復(fù)雜、昂貴，也較難應(yīng)用于生產(chǎn)線中?？梢栽O(shè)想一下，如果第3代通訊繼電器生產(chǎn)線中使用的不是激光焊接而是電子束，那么設(shè)備將會變得多么龐大。

2.2繼電器的密封焊接

繼電器的密封焊接是激光焊接在繼電器中重要的應(yīng)用之一，繼電器密封結(jié)構(gòu)如圖8所示

繼電器罩殼材料一般為白銅（不含鋅，因?yàn)殇\在高溫時(shí)會蒸發(fā)，影響氣密性），底座材料一般為可閥合金或A10鋼，為保證泄漏率達(dá)到10-9m3p/s,底座與外殼的間隙控制在0.01~0.03mm之間，焊點(diǎn)重疊率應(yīng)在70%以上。

此外，為保證泄漏率指標(biāo)達(dá)到要求，對激光焊接機(jī)的要求也很高。采用具有能量監(jiān)測單元的閉環(huán)控制的激光焊接機(jī)可得到穩(wěn)定的激光輸出，采用使激光輸出功率緩慢變化的漸強(qiáng)漸弱功能，可使焊縫重疊部分也美觀平整。

3.展望

激光混合焊接技術(shù)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。對于激光混合，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：更大的熔深/較大縫隙的焊接能力；焊縫的韌性更好，通過添加輔助材料可對焊縫晶格組織施加影響；無燒穿時(shí)焊縫背面下垂的現(xiàn)象；適用范圍更廣；