在繼電器尤其是小型電磁繼電器的制造中大量采用了電阻點焊工藝,隨著電磁繼電器的日趨小型化及技術(shù)等級的提高,采用了現(xiàn)代電子控制技術(shù)的精密焊接設(shè)備正逐步取代老式的設(shè)備;同時,激光焊接技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。
1.精密電阻點焊的應(yīng)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
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(guān)系,而接觸電阻與焊接時的壓力密切相關(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,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(chǎn)生飛濺,焊接加壓機構(gòu)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
電極的主要作用有導(dǎo)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(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 繼電器中電阻點焊的特點
1.3.1 繼電器要點焊的工件通常導(dǎo)電、導(dǎo)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,第一段去鍍層,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,最好采用電鍍鎳而不是化學(xué)鍍鎳,因為化學(xué)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(jīng)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(yù)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(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(fù)雜,難點主要在送絲機構(gòu)上?,F(xiàn)在,國內(nèi)已仿制出此設(shè)備,運行效果較好。此種點焊機對焊接電源的品質(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或晶體管式點焊電源 MDA-4000B。圖5為國內(nèi)制造的接點自動點焊機的實物,圖6 為使用該設(shè)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(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(dāng),但通常電子束需在真空條件下進行焊接,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(最好不含鋅,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,底座與外殼的間隙最好控制在0.01~0.03mm之間,焊點重疊率應(yīng)在70%以上。
此外,為保證泄漏率指標(biāo)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
隨著對繼電器品質(zhì)要求的不斷提高,在制造過程中必將使用更多的采用現(xiàn)代電子控制技術(shù)的新的精密焊接設(shè)備。