二氧化碳?jí)嚎s機(jī)殼體與接線端子電阻焊工藝的改進(jìn)

鄒 仲

(華域三電汽車空調(diào)有限公司，上海 201201)

往復(fù)式活塞二氧化碳?jí)嚎s機(jī)的運(yùn)行壓力約為10 MPa，而采用傳統(tǒng)制冷劑的壓縮機(jī)的運(yùn)行壓力一般為0.6～3.0 MPa[1]，所以二氧化碳?jí)嚎s機(jī)殼體與接線端子焊接后，與傳統(tǒng)的冷媒壓縮機(jī)相比，焊縫承受的壓力更高。二氧化碳?jí)嚎s機(jī)殼體的壁厚達(dá)7 mm，殼體呈圓桶形，焊接時(shí)大電流在焊縫處轉(zhuǎn)化成焊接熱，使殼體與接線端子熔合。同時(shí)，為防止焊接熱引起接線端子絕緣玻璃體破損變形，宜采用能瞬間釋放大電流的電容儲(chǔ)能式焊接技術(shù)，焊接電極的弧面直接貼合在殼體的外緣，焊接時(shí)間短，焊接電流大。

1 概況

焊接設(shè)備為日本日昭電機(jī)制造的電容儲(chǔ)能式焊機(jī)，額定容量40 kVA，額定輸出27 400 J，最大電極壓力30 000 N。設(shè)備外接MIYACHI公司的電流監(jiān)控儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并反饋焊接電流，確保焊接設(shè)備的電流符合工藝要求。殼體材料為熱軋鋼板，焊接接線端子的區(qū)域在其外圓面。接線端子材料為10鋼。根據(jù)殼體與端子的壁厚，為了達(dá)到具有足夠強(qiáng)度的焊接熔深，焊接輸出電流控制在100～110 kA，焊接時(shí)的電極壓力控制在50～60 kN。

焊接工藝流程如圖1所示：將接線端子、殼體依次放置在下電極上；啟動(dòng)設(shè)備，上電極下移壓住殼體開始焊接；焊接后上電極復(fù)位，取出成品。

圖1 組裝在一起的殼體、端子和焊接設(shè)備的示意圖(a)及其外觀(b)Fig.1 Schematic (a) and macrograph (b) of assemblage of shell, terminal and welding equipment

2 失效形式

公司內(nèi)部統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，焊接不良的殼體與端子主要表現(xiàn)為焊縫有漏孔，如圖2所示。

圖2 焊縫泄漏示意圖Fig.2 Illustration of the weld leakage

為對(duì)不良焊縫進(jìn)行分析，用油壓拉升試驗(yàn)機(jī)將端子反向頂出，觀察焊縫的缺口，從而精確判斷焊縫的漏點(diǎn)位置，如圖3所示。

圖3 殼體焊縫缺口示意圖Fig.3 Schematic of incompact weld of the shell

觀察不良品焊縫的漏點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，同批次零件焊縫的泄漏有兩種特征：一種為殼體上的泄漏點(diǎn)有規(guī)律地出現(xiàn)在固定區(qū)域；另一種為殼體上的泄漏點(diǎn)出現(xiàn)在任意位置，如圖4所示。

圖4 殼體焊縫泄漏點(diǎn)示意圖Fig.4 Illustration of leakage points in weld of the shell

根據(jù)焊接原理，為獲得良好的焊接質(zhì)量，電極應(yīng)充分貼合殼體，焊接電極與被焊接件如不充分貼合，可能產(chǎn)生大電流，不能完全、均勻地到達(dá)焊縫，從而焊接區(qū)域不同部位的焊接熱不均勻，局部電流低，導(dǎo)致個(gè)別點(diǎn)的虛焊，形成泄漏[2-3]。設(shè)備放電不完全，或完全放電但沒有全部到達(dá)焊縫，是造成焊接缺陷的最主要原因。

采用壓敏紙可方便地檢測(cè)殼體與電極的貼合程度。根據(jù)焊接的壓力和電極的尺寸測(cè)算焊接的壓強(qiáng)。根據(jù)公式P焊接=F焊接/S電極接觸(式中焊接壓力由設(shè)備氣缸力得出為23 kN，電極接觸區(qū)域的面積為5.5×10-4m2)，得出焊接時(shí)電極與殼體接觸區(qū)域的實(shí)際壓強(qiáng)P為41.8 MPa。采用日本富士公司的“Prescale膠片”作為壓敏紙，根據(jù)壓強(qiáng)范圍選用中壓系列(10～50 MPa)壓敏紙測(cè)試。

測(cè)試時(shí)，將殼體與端子安放在下電極上，壓敏紙平鋪在電極與殼體接觸處，關(guān)閉焊接電源，在設(shè)備不放電的狀態(tài)下啟動(dòng)，氣缸將電極下壓，使壓敏紙緊貼殼體，形成紅色感壓區(qū)域，顏色的深淺表示壓強(qiáng)的大小。

生產(chǎn)中用壓敏紙測(cè)得的殼體與電極接觸良好的壓敏成像和有虛接觸的成像分別如圖5和圖6所示。

圖5 殼體與電極接觸良好的壓印Fig.5 Marks representing full contact between the electrode and shell

圖6 殼體與電極接觸不良的壓印Fig.6 Marks representing insufficient contact between the electrode and shell

由于焊接設(shè)備用MIYACHI監(jiān)控，確保了焊接放電完全，因此焊接電極與殼體的貼合是影響焊接質(zhì)量的主要因素。下面對(duì)相互關(guān)聯(lián)的零件、焊接設(shè)備和焊接工藝逐一進(jìn)行研究分析。

(1)零件

二氧化碳?jí)嚎s機(jī)殼體壁較厚，焊接面為圓弧形，其側(cè)面是接線端子孔。殼體材料為熱軋鋼板，通過一次拉伸成型。

焊接時(shí)，殼體的圓弧面需與電極的圓弧面匹配，故對(duì)殼體外圓的平整度要求很高。但殼體拉伸成型后不再修整加工，所以不同殼體外圓的平整度有一定偏差。

對(duì)壓敏良好和不良的殼體分別用直尺對(duì)與電極接觸的區(qū)域進(jìn)行直線度測(cè)量，發(fā)現(xiàn)壓敏不良處的殼體焊接處呈現(xiàn)出可見的不平整現(xiàn)象，而壓敏良好的殼體則沒有這種現(xiàn)象。同時(shí)外緣起伏處恰好是壓敏不良處，如圖7所示。

圖7 表面不平整與平整的殼體Fig.7 Shells having flat and irregular surface

殼體的不平整表面導(dǎo)致電極與殼體接觸處出現(xiàn)間隙，從而焊縫產(chǎn)生漏孔，漏孔的出現(xiàn)有一定的隨機(jī)性。

(2)焊接設(shè)備

焊接設(shè)備包括導(dǎo)柱和導(dǎo)套。應(yīng)確保焊接電極在下壓行程中保持良好的垂直度和穩(wěn)定性。但是焊接電極是易耗品，需根據(jù)焊接次數(shù)和表面狀態(tài)經(jīng)常更換。電極是金加工件，安裝至焊接設(shè)備上后，曾發(fā)現(xiàn)安裝后的上、下電極中心線有不重合的情況，導(dǎo)致焊接后焊縫泄漏，而且焊縫泄漏區(qū)域比較集中地出現(xiàn)在殼體孔的某一片區(qū)域。

從圖8可以看出，殼體安置在下電極，如上、下電極安裝后中心重合，則電極的弧形面下壓后能較好地貼合殼體；如上、下電極安裝后偏心，即中心線偏移，在偏移處的一側(cè)將產(chǎn)生空隙，造成電極與殼體接觸不良，導(dǎo)致虛焊。漏孔的位置與電極偏心的方向之間有一定的規(guī)律性。

圖8 上下電極同心度正常與異常的對(duì)比Fig.8 Upper and lower electrodes having normal and abnormal concentricities

(3)焊接技術(shù)

日常生產(chǎn)中常有偶發(fā)性焊接不良的現(xiàn)象，這除了與電極與殼體不完全貼合有關(guān)外，還與焊接電極的表面狀態(tài)有關(guān)。如圖9所示，如果殼體接線端子孔的孔口有殘留的金屬毛刺，上電極下壓時(shí)會(huì)被一并壓在殼體表面，形成凸點(diǎn)，焊接時(shí)會(huì)在該凸點(diǎn)處分流更多的電流，使焊接電流不均勻，而焊縫的其余部位能量不足，造成局部虛焊[4-5]。

圖9 殼體孔口毛刺對(duì)電極的損傷Fig.9 Damage of the electrode resulting from burr at the shell orifice

根據(jù)對(duì)上述焊接不良品的分析可得出：殼體與電極的貼合，焊接設(shè)備上下電極的同心度和電極的表面狀態(tài)是影響焊接質(zhì)量的3大重要因素。

3 改進(jìn)措施

3.1 殼體

殼體的焊接面為與電極貼合的區(qū)域，焊接時(shí)保證這一區(qū)域的完全貼合是關(guān)鍵。根據(jù)圖7所示的殼體表面不平整情況確定殼體外圓的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)與電極接觸的區(qū)域增加直線度要求。通過對(duì)比良品與不良品的尺寸，規(guī)定在50 mm(長(zhǎng))×50 mm(寬)區(qū)域內(nèi)，平行于中心線(基準(zhǔn)H)方向的任意直線段的直線度應(yīng)在0.05以下，如圖10所示。在拉伸工藝方面，嚴(yán)格規(guī)定一次拉伸成型，以便同時(shí)確保直線度和殼體壁厚均勻。

圖10 殼體與電極接觸區(qū)域的直線度要求Fig.10 Straightness requirements in area of contact of the shell with the electrode

3.2 焊接設(shè)備

為了避免因電極更換等因素導(dǎo)致上、下電極偏心，確保在焊接過程中上、下電極同心，電極安裝后用對(duì)中夾具驗(yàn)證同心度，如圖11所示。將對(duì)中夾具分別套入上、下電極中，然后調(diào)試電極的同心度。如果對(duì)中夾具能完全匹配，則同心度符合要求，隨后將電極固定。

圖11 上下電極對(duì)中夾具Fig.11 Fixture making upper and lower electrodes to become concentric

3.3 焊接技術(shù)

對(duì)不同批次的殼體進(jìn)行檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，端子孔周邊的毛刺具有一定的隨機(jī)性，這可能與加工刀具等因素有關(guān)。為確?？卓跓o(wú)毛刺，殼體在金加工后增加了一道孔口去毛刺工序[7-8]。

此外，規(guī)定在每焊接2 000件時(shí)，用金相砂紙清除氧化皮，保持電極表面潔凈。

4 結(jié)論

通過對(duì)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)殼體與接線端子的電阻焊質(zhì)量進(jìn)行分析，確認(rèn)了殼體焊接區(qū)域的平整度、上下電極的安裝精度、殼體與電極的表面狀態(tài)是影響焊接質(zhì)量的主要因素。在此基礎(chǔ)上，制定了增加殼體直線度要求、確認(rèn)上下電極同心度、保持殼體與電極焊接區(qū)域潔凈的改進(jìn)措施。

將這些對(duì)應(yīng)措施標(biāo)準(zhǔn)化并應(yīng)用于生產(chǎn)后，殼體與接線端子的焊接質(zhì)量明顯提高，焊縫泄漏發(fā)生率大幅度減少，基本杜絕了批量性的不良品，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。