焊接凹坑的圍堤效應(yīng)

■ 何煥洪

1. 概述

圖1所示的零部件，由方銅、圓銅和3根毛細(xì)管組合而成。方銅孔深6.3mm，圓銅厚度6.3mm，兩者壓裝后是等高平齊的。

圖 1

該零部件需要定位在12個(gè)工位的自動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)焊機(jī)上，完成火焰釬焊。加熱前在焊縫所在的焊接區(qū)域，用專用毛制筆涂抹焊劑，焊劑是干粉加水調(diào)配而成的粘狀物；在最后一個(gè)加熱工位 ，對焊縫實(shí)施填料送絲，焊絲是f1mm的銀焊絲。涂抹焊劑和填料送絲，原來是由兩名員工分別手工操作完成的，后經(jīng)自動(dòng)化改造，用兩臺(tái)機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)涂抹焊劑和自動(dòng)送絲。

圖2所示為零部件在夾具上的擺放狀態(tài)（夾具略），整體傾斜15 °，在釬焊過程中，有利于高溫狀態(tài)下的焊劑和焊絲的流動(dòng)、鋪展。

圖 2

2. 存在問題

自動(dòng)化改造后，利用機(jī)器人完成自動(dòng)涂抹焊劑和自動(dòng)送絲，但是由于機(jī)器人缺少人的手感、力度和柔性，沒有人的視覺系統(tǒng)檢測，更沒有員工隨機(jī)處置的能力，所以改造后的前一時(shí)期， 該零部件的一次焊接合格率明顯低于員工的手工焊接。

方銅、圓銅、毛細(xì)管的焊縫、焊接區(qū)存在斷焊、缺焊，而非焊接區(qū)存在銀外溢現(xiàn)象，如圖3所示。零部件整體一次焊接不合格率有8% ，而且其中報(bào)廢產(chǎn)品比手工操作也增加不少。

3. 原因分析與解決措施

經(jīng)過對整個(gè)焊接過程和所有零件的仔細(xì)觀察、分析，并通過一些方式方法驗(yàn)證，機(jī)器人焊接合格率下降的主要原因在于以下方面。

第一，由于方銅、圓銅的表面過于光滑或其他原因，導(dǎo)致機(jī)器人涂抹到焊接區(qū)的粘狀焊劑，還沒有到達(dá)加熱工位，在焊劑表面張力和重力的作用下，沿著15°斜坡，大部分焊劑卷縮成滾珠狀，“滾”出焊接區(qū)域。

第二，即使焊接區(qū)保留了足夠的粘狀焊劑，零部件高溫加熱后，焊劑由粘狀轉(zhuǎn)變?yōu)闊o色透明的沸騰液體，重力作用下，也沿著15°斜坡，小珠狀焊劑很快蹦跳流出焊接區(qū)域。

以上兩點(diǎn)，使零部件焊縫缺少足夠的焊劑，有的焊縫甚至沒有焊劑，從而形成斷焊、缺焊等焊接不良。

第三，機(jī)器人在送絲過程中，由于諸多復(fù)雜的原因，如送絲點(diǎn)、焊絲彎曲、零部件定位、零件尺寸和送絲沖力等，致使高溫下的液態(tài)銀焊絲會(huì)過分溢出圓圈焊接區(qū)，導(dǎo)致圖3所示的非焊接區(qū)銀外溢。

為了減少斷焊、缺焊等缺陷，操作員工往往會(huì)選擇提高加熱溫度，造成有的零部件表面燒傷，直接導(dǎo)致報(bào)廢產(chǎn)品的增加。

基于以上三個(gè)原因，在手工焊接中也是同樣存在的，但是員工通過手感和眼睛觀察，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可以當(dāng)場發(fā)現(xiàn)焊接不良，立即第二次補(bǔ)充送絲，從而彌補(bǔ)和穩(wěn)定了焊接質(zhì)量。

圖 3

圖 4

針對焊接區(qū)域留不住焊劑和銀外溢現(xiàn)象，筆者提出一個(gè)有效的改進(jìn)措施，即將圓銅厚度減薄0.3mm，如圖4所示。圓銅減薄0.3mm，相當(dāng)于形成深度0.3mm的焊接凹坑，一方面能夠更多、更好地容留、吸附、堆積 、聚攏焊劑，使方銅、圓銅、毛細(xì)管裝配形成的待焊區(qū)滲透、浸潤、充滿高溫液態(tài)焊劑，使凹坑區(qū)內(nèi)的焊劑不再容易流失，很好地改善了焊接條件，大大提高焊絲流動(dòng)性，明顯提升方銅、圓銅、毛細(xì)管一次焊接合格率。另一方面深度0.3mm的焊接凹坑，周邊就是相當(dāng)于高度0.3mm的圍堤，形成圍堤效應(yīng)，液態(tài)焊劑、焊絲被關(guān)在堤內(nèi)，并得到充分鋪展。因此在一定程度上，圍堤能夠有效阻礙、擋住、防止銀焊絲外溢，減少了焊接不良。

4. 結(jié)語

焊接凹坑的圍堤效應(yīng)，立竿見影，零部件整體的一次焊接不合格率從8%下降至3.5%，焊接質(zhì)量持平甚至優(yōu)于手工焊接。

圓銅減薄0.3mm后，不但機(jī)器人焊接的產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，而且由于年產(chǎn)量十分巨大，單是銅材料每年就可節(jié)省十幾萬元，焊劑節(jié)省10%，銀焊絲消耗量下降6%，所以每年可以節(jié)省成本10萬元，為公司帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。