換向器點焊的工藝分析
陳昭明(浙江省三門開關(guān)廠)
1引言
電樞是微電機的關(guān)鍵部件，它的質(zhì)量好壞直接影響到電機的性能、使用壽命和經(jīng)濟性，而換向器點焊又是制造電樞的關(guān)鍵技術(shù)。點焊具有生產(chǎn)效率高、不耗輔助材料、工藝簡單、漆包線不刮漆、質(zhì)量穩(wěn)定和機械強度高等優(yōu)點。近年來，隨著焊接新設(shè)備、新工藝的發(fā)展和推廣應用，微電機行業(yè)廣泛采用點焊技術(shù)，換向器的點焊質(zhì)量是微電機行業(yè)的研究課題。
2換向器點焊原理
點焊是一種高速、經(jīng)濟的連接方法，是電阻焊的一種。將被焊工件壓緊于兩電極之間，通以電流，大電流通過工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生電阻熱，并加熱到溶化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬相互結(jié)合。點焊時，工件只在有限的接觸面上，即所謂“點”上被焊接起來，并形成扁球形的熔核。
電機換向器點焊屬單面點焊，兩個電均在工件之上，因主電極是采用端面尺寸較小的高熔點材料制成，而輔助電極則是用截面積較大的銅合金制成，所以在主電極接觸處產(chǎn)生較高的電阻熱，使電樞繞組引線與換向器焊線凸高片的槽或帶鉤換向器的鉤部達到熔化核心或塑性狀態(tài)。斷電后，在電極壓力作用下，塑性金屬冷卻結(jié)晶而形成牢固的接頭，這就是換向器點焊的基本工藝過程。可見，它有兩個最顯著的特點：
a．采用內(nèi)部熱源——利用大電流通過焊接區(qū)的電阻產(chǎn)生熱量進行加熱。點焊時產(chǎn)生的熱量可由下式計算：
Q=I2Rt
式中Q——產(chǎn)生的熱量，J
I——焊接電流，A
R——兩電極間電阻，Ω
t——焊接時間，s
b．必須施加壓力——在壓力的作用下，通電加熱，冷卻結(jié)晶，最后形成牢固的接頭。
3影響點焊質(zhì)量的因素
影響換向器點焊質(zhì)量的因素有：
a．換向器表面狀態(tài)，若焊線槽內(nèi)有油污，致使引線與其接觸電阻增大。因點焊電壓較低(一般在5V以下)，有時不通電，在電極壓力的作用下，會壓破油污層，在焊接處容易產(chǎn)生飛濺，甚至虛焊。因此，焊前必須清洗換向器。
b．凸高片焊線槽的加工應使焊線槽在凸高片中心位置，焊線槽與所焊線徑應匹配。
c．焊接熱量的產(chǎn)生及影響的因素很多，起主導作用是焊接電流、焊接時間、焊接壓力，其次是電極材料、電極端面形狀及尺寸。
焊接電流對產(chǎn)生熱量的影響起主導作用，在點焊過程中，它是一個必須嚴格控制的參數(shù)，引起電流變化的主要原因是電網(wǎng)的波動和交流焊機次級回路的阻抗變化。焊接時間與焊接流在一定范圍內(nèi)可以互為補充，為了獲得一定的強度的焊點，可以采用大電流和短時間(硬規(guī)范)，也可采用小電流和長時間(軟規(guī)范)，一般換向器點焊采用的是硬規(guī)范，在較大尺寸帶鉤換向器的點焊時，可選用軟規(guī)范。
電極壓力對兩電極間總電阻尺有顯著的影響，隨著電極壓力的增大，R顯著減小，此時焊接電流雖略有增大，但不能影響因R減小而引起的熱量減少。因此，焊接強度總是隨著電極壓力的增大而降低，在增大電極壓力的同時，增大焊接電流或延長焊接時間，以彌補電阻減小的影響，可以保持焊點強度不變。采用這種焊接條件有利于提高焊點強度的穩(wěn)定性，電極壓力過小，將引起飛濺，也會使焊點強度降低。
電極形狀及材料性能影響著相當一部分熱量的產(chǎn)生和散失，由于電極的接觸面積決定著電流密度，電極材料的電阻率和導熱性關(guān)系著熱量的產(chǎn)生和散失，因而電極的形狀和材料對熔核的形成有顯著影響。隨著電極端頭的變形和磨損，接觸面積增大，焊點強度將降低，所以在焊接一定批量后，要修整電極。
4工藝參數(shù)的選擇
點焊的質(zhì)量與焊件的表面清潔狀況、焊接設(shè)備的性能、焊接的工藝參數(shù)直接相關(guān)。一般焊接有三個主要要素，即焊接電流Iw、焊接壓力Fw以及焊接時間tw。
4．1焊接電流
當焊接電流很小時，焊接處不能充分加熱，始終不能使工件達到熔化溫度。增大焊接
電流后才會出現(xiàn)熔化核心，隨著焊接電流的增加，焊透率和焊點直徑也都均勻地增大。當焊接電流增加過大時，電流密度太大，在很短時間內(nèi)，核心溫度很快超過允許值。若核心直擴大的速度遠遠超過塑性環(huán)擴大的速度時，就要出現(xiàn)飛濺，形成深度壓坑，使電樞繞組引線燒斷，或者相鄰兩片換向器片短路，形成產(chǎn)品報廢。因此，在選擇焊接電流時，要以產(chǎn)生飛濺時的 |
