一種精密焊接在繼電器制造的實現(xiàn)-設計應用

精品文檔-下載后可編輯一種精密焊接在繼電器制造的實現(xiàn)-設計應用激光焊接是激光加工材料加工技術應用的重要方面之一。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型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率等參數(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的完善、金屬鉬焊接聚束物鏡等的研制成功，使其在機械制造、航空航天、汽車工業(yè)、粉末冶金、生物醫(yī)學微電子行業(yè)等領域的應用越來越廣。

1.精密電阻點焊的應用

在繼電器的觸點、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焊工藝。

1.1電阻點焊的原理

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)域產生的電阻熱進行焊接的方法稱為電阻焊。電阻焊具有生產效率高、低成本、節(jié)省材料、易于自動化等特點，因此廣泛應用于航空、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，冷卻結晶后產生熔焊核。

1.2電阻點焊的5大要素

從焦耳熱的公式可看出,焊接電流、通電時間、接觸電阻與發(fā)熱有直接關系，而接觸電阻與焊接時的壓力密切相關，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，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、通電時間、焊接壓力、電流密度、電極材料為影響電阻點焊的5大要素。

1.2.1焊接電流、通電時間

電阻點焊中，焊接電流I、通電時間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,各種電阻點焊電源特點見表1.

1.2.2焊接壓力

焊接過程中壓力過小會產生飛濺，焊接加壓機構壓力的追隨性也很重要。此外，在自動點焊機中，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溶液發(fā)生氧化還原反應的位置。電極有正負之分，一般正極為陰極，獲得電子，發(fā)生還原反應，負極則為陽極，失去電子發(fā)生氧化反應。電極可以是金屬或非金屬，只要能夠與電解質溶液交換電子，即成為電極。

電極的主要作用有導通電流，此外，在繼電器的點焊中，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的簧片與軛鐵的點焊，簧片一側采用WuCu電極，而軛鐵一側采用CrCu電極，這樣，熱量就會集中在工件結合面處，焊接效果較好。

1.3繼電器中電阻點焊的特點

1.3.1繼電器要點焊的工件通常導電、導熱性較好，尺寸又小，點焊時一般使用大電流、短時間即硬規(guī)范。

1.3.2繼電器零部件通常采用鍍鎳工藝，因為鍍層的熔點與母材差異較大，現(xiàn)在點焊中通常采用兩段通電焊接，段去鍍層，第二段真正點焊，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鍍鎳，因為化學鍍鎳時溶液中通常加有有機物，有機物會隨同離子一起沉積于工件表面，而這些沉積的有機物是很難去除的。電鍍鎳時，溶液中加的是無機物，工件表面也就不會有有機物的沉積。有機物對電阻點焊和熔焊都是非常不利的。此外，因為光亮劑的原因，鍍亮鎳的場合很難焊接。

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

1.3.4在這里要重點介紹一下觸點的點焊。

1.3.4.1通訊繼電器中接點的點焊

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

1.3.4.2密封繼電器中接點、簧片的點焊

密封繼電器簧片材料一般為AgMgNi鍍Au,利用簧片壓苞做接點使用，其與引腳的點焊焊接一般采用電阻點焊，但直接點焊兩者非常困難，可用Cu-Zn做過渡片，如圖7所示，這樣點焊就容易多了。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，強度及接觸電阻均不能保證。部分國內廠家也已采用此焊接工藝。

2.激光焊接的應用

激光焊接已廣泛應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、隔磁片的點焊等，此外，在汽車繼電器中的簧片與軛鐵已大量使用激光連續(xù)點焊。

2.1激光焊接的特點

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進行工作,所以激光焊接具有焊接熱影響區(qū)小、焊后變形小等特點。雖然電子束與激光的能量密度相當，但通常電子束需在真空條件下進行焊接，所以設備較復雜、昂貴，也較難應用于生產線中。可以設想一下，如果第3代通訊繼電器生產線中使用的不是激光焊接而是電子束，那么設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用之一，繼電器密封結構如圖8所示

繼電器罩殼材料一般為白銅（不含鋅，因為鋅在高溫時會蒸發(fā)，影響氣密性），底座材料一般為可閥合金或A10鋼，為保證泄漏率達到10-9m3p/s,底座與外殼的間隙控制在0.01~0.03mm之間，焊點重疊率應在70%以上。

此外，為保證泄漏率指標達到要求，對激光焊接機的要求也很高。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

激光混合焊接技術具有顯著的優(yōu)點。對于激光混合，優(yōu)點主要體現(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；無燒穿時焊縫背面下垂的現(xiàn)象；適用范圍更廣；