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摘 要：介紹膜盒電容儲能縫焊技術(shù)，壓力傳感器真空電弧封焊技術(shù)和制冷壓縮機零部件的電阻焊與電弧焊技術(shù)，并對相應的焊接設(shè)備作簡要介紹。
關(guān)鍵詞：膜盒；壓縮機；電阻焊；真空電弧焊；塞焊
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本文在分析幾種典型的焊接結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，提出合理的焊接方法與工藝。著重介紹膜盒等精密構(gòu)件的焊接特點與質(zhì)量控制，并簡要介紹制冷壓縮機各種零、部件的點、凸焊和電弧焊工藝。
１ 膜盒的電容儲能縫焊技術(shù)
１．１ 焊接材料與結(jié)構(gòu)
用來測量飛機油量的等數(shù)值的膜盒如圖1所示。
 其結(jié)構(gòu)分為上、下兩部分，為０．１～０．３ｍｍ的鈹青銅沖壓件。在生產(chǎn)中用電阻縫焊的方法將兩部分焊接在一起，焊縫要求密封。
由于鈹青銅膜盒具有良好的導電、導熱性，且厚度較薄，熱時間常數(shù)很小。因此，一般采用小功率的電容儲能縫焊來焊接。然而，電容儲能縫焊的電流上升速率很快，焊接過程對規(guī)范 參數(shù)的變化很敏感。因此，當網(wǎng)絡(luò)電壓發(fā)生變化時，膜盒的焊接質(zhì)量就會受到很大的影響。
為此，專門研制了電容儲能縫焊機的單片機恒壓控制系統(tǒng)，以從根本上解決網(wǎng)壓被動對膜盒焊接質(zhì)量的影響，并進一步提高焊接過程的控制精度。
１．２ 控制原理與方法
抑制網(wǎng)壓波動從根本上講就是在網(wǎng)壓發(fā)生波動時，維持電容充電電壓的恒定。
圖2是電容儲能縫焊機主電路原理圖。圖中３８０Ｖ的交流電壓經(jīng)由變壓器Ｔ１升壓到４００Ｖ，在網(wǎng)壓的正半周，經(jīng)由可控硅Ｖ１整流后給電容Ｃ充電。充電電壓的峰值可通過調(diào)節(jié)Ｖ１的控制角α１實現(xiàn)。在網(wǎng)壓的負半周，可控硅Ｖ２觸發(fā)，電容Ｃ經(jīng)由變壓器Ｔ２快速放電，實現(xiàn)縫焊過程。圖3是電容充放電與網(wǎng)絡(luò)電壓的對應關(guān)系。 可以看出，焊接電流的脈沖頻率最高為５０Ｈｚ。改變兩次充放電的時間間隔即改變焊接電流的脈沖頻率。
圖4給出了充電回路的等效電路圖。很明顯，充電電壓ｕｃｍａｘ與電源峰值電壓ｕｍ、Ｖ１的觸發(fā)角α１、以及電容Ｃ有關(guān)。因此，當電容Ｃ選定后，在網(wǎng)壓ｕｍ波動時，可以通過調(diào)節(jié)觸發(fā)角α１實現(xiàn)充電電壓ｕｕｍａｘ的恒定。下面對電路進行分析。
電源電壓可由下式給出，
ｕ＝ｕｍｓｉｎ（ωｔ＋α） （１）
式中，α即Ｖ１的觸發(fā)角α１。
于是可求得電容Ｃ上的充電壓值
式中，
由上式可見，控制角α與充電電壓Ｕｃ之間是一個十分復雜的非線關(guān)系。直接通過改變控制角α來控制和修正充電壓峰值Ｕｃｍａｘ，在實際操作上是十分不便的。下面對式（２）進行分析。
為了求得極值Ｕｃｍａｘ，需要對式（２）進行微分，并令，得
ωｃｏｓ（ωｔ＋φ－９０°）
（３）
將設(shè)定的Ｒ和Ｃ值代入式（３），用賦值法可求出α＝ｆ（ｔ）的函數(shù)值。由于分析的是Ｕｃ的第一半周的變化過程，因此，只選擇α＝ｆ（ｔ）關(guān)系中的０～１８０°的初相角進行相關(guān)計算。 將式（３）求出的α、ｔ數(shù)組，以及給定的Ｒ、Ｃ值代入式（２）中，可以得出在不同的ｕｍ下的α與充電電壓峰值ｕｃｍａｘ的對應關(guān)系。然后將這一關(guān)系制成數(shù)表存入計算機，以備調(diào)用。
在進行實時控制時，先將設(shè)定的Ｕｃｍａｘ和Ｃ值讀入內(nèi)存，然后再采樣Ｕｍ。根據(jù)Ｕｃｍａｘ、Ｃ、及Ｕｍ值，查表α＝ｆ（Ｕｃｍａｘ，Ｕｍ，Ｃ），即可求出α。由于查表控制過程十分迅速，故不會產(chǎn)生時序問題。
控制系統(tǒng)采用８ＭＨｚ的8位單片機。在網(wǎng)壓波動±１５％時，即Ｔ１次級電壓的變化范圍為３２４～４３６Ｖ時，最大控制誤差小于１．５％。滿足了膜盒的生產(chǎn)要求，并使產(chǎn)品的焊接合格率由原來的６０％提高到９０％以上，經(jīng)濟效益十分明顯。
２ 壓力傳感器真空電弧封焊技術(shù)
２．１ 焊接結(jié)構(gòu)簡介
如圖5所示，這種型號的壓力傳感器是在氣壓下充入惰性氣體，然后進行封孔焊接。傳感器采用１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ制造。要封的進氣孔直徑為Φ０．５ｍｍ，預制成Φ１．３ｍｍ的凸臺。首先將傳感器置于真空室中，進行抽真空—充惰性氣體的反復循環(huán)過程，直到真空室壓力達到要求。再穩(wěn)定數(shù)分鐘，使傳感器內(nèi)外壓力達到平衡后，對進氣孔進行封焊。
２．２ 焊接工藝
傳統(tǒng)的真空電弧焊采用的是空心電極，并由電極內(nèi)孔向焊接區(qū)通入適量的保護氣體。但對于傳感器的焊接，為了保證傳感器內(nèi)的壓力值不變，不允許向焊接區(qū)另通保護氣體。同時，真空電弧焊時，電弧的壓縮效應較差，弧柱發(fā)散，電弧的能量密度不高，指向性較差，這就需要工藝上采取有效措施進行控制。
不熔化極電弧焊一般采用鈰鎢作電極，但試驗表明，在真空條件下(６００Ｐａ)，采用石墨電極可以獲得較好的電弧引燃特性和燃燒穩(wěn)定性。這可能是由于石墨比鈰鎢具有更高的熔點和更高的陰極斑點溫度，從而維持了更高溫度下的電子發(fā)射所致。當然，為了更好地維持電弧的穩(wěn)定性，需要設(shè)計電極的端面形狀，并對工件的表面進行適當處理。研究表明，壓低弧隙的長度對于抑制弧柱擴散、維持電弧穩(wěn)定性都是有益的。試驗中取弧隙長度為１ｍｍ，相應的焊接電流為１８Ａ，焊接時間為０．５ｓ。
２．３ 真空電弧焊設(shè)備簡介
真空電弧焊設(shè)備主要由真空室、轉(zhuǎn)盤與換位定位機構(gòu)、真空電弧發(fā)生器及三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工
作臺、控制箱、及焊接電源組成。
真空室采用８ｍｍ厚的不銹鋼制造，內(nèi)裝有輔助光源，門上裝有可視窗。真空室內(nèi)轉(zhuǎn)盤上一次可安放6個工件，設(shè)定6個工位按順序進行焊接。焊接過程的順序控制系統(tǒng)采用可編程序控制器(ＰＬＣ)開發(fā)。采用非接觸式引弧方式，為此專門設(shè)計了一套真空下使用的引弧裝置。該設(shè)備具有焊接質(zhì)量好，自動化程度高，結(jié)構(gòu)緊湊，外表美觀等特點。
３ 壓縮機焊接技術(shù)
３．１ 壓縮機結(jié)構(gòu)與焊接特點
從一般的冰箱、空調(diào)壓縮機到３～５Ｐ的制冷壓縮機，其種類很多，形狀各異，但其殼體結(jié)構(gòu)大體類似，一般由上、下封頭，筒體，底座，吸、排氣管，密封接線座等組成，如圖6所
示。壓縮機殼體一般采用低碳鋼(１０＃、２０＃鋼等)制造，其零、部件較多，大多采用電阻焊、電弧焊和釬焊方法進行連接。焊接質(zhì)量除了強度要求外，主要是氣密性要求，焊后一般要進行３．５ＭＰａ的氣密性試驗和１０．５ＭＰａ的水壓性試驗。下面介紹幾組典型零、部件的焊接工藝。
３．２ 上、下封頭與筒體的環(huán)縫焊接
上、下封頭與筒體的環(huán)縫焊接采用了ＭＡＧ焊工藝。保護氣體采用了Ａｒ＋ＣＯ２混合氣體，以提高熔滴過渡穩(wěn)定性和獲得足夠的焊縫寬度。該組工藝的特點是采用了工件自動定位與氣動自動壓緊，焊槍自動到位，及焊接程序自動控制等功能，實現(xiàn)了環(huán)縫焊接過程的自動化，從而提高了焊接效率與焊接質(zhì)量，減輕了勞動強度。
下封頭與筒體的焊接裝置如圖7所示。焊縫為插套式搭接接頭。焊槍安裝在三維調(diào)節(jié)機構(gòu)上，以實現(xiàn)焊槍的定位。工件裝配后置于轉(zhuǎn)臺上，上方采用氣缸壓緊。轉(zhuǎn)臺由同軸電機—減速機構(gòu)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。該機構(gòu)具有運行穩(wěn)定可靠，體積小的特點。上封頭與筒體的焊接裝置如圖8所示。焊縫采用了對接接頭形式，并單邊開Ｖ型坡口。和上套焊接裝置不同的是，工件由軸承導軌垂直推入焊接位置并氣動壓緊。然后將整個機構(gòu)由氣缸驅(qū)動推到傾斜４５°進行焊接，焊完后拉回垂直位置退出工件。焊槍安裝了三維調(diào)節(jié)機構(gòu)，以便精確調(diào)整焊槍位置。焊槍送進與退出焊接位置也采用氣動實現(xiàn)。整個焊接過程需要進行動作的協(xié)調(diào)。
３．３ 機芯座與筒體的塞焊焊接
機芯座安裝在筒體內(nèi)并和筒體相配合，是鑄鐵件。其與筒體的定位采用了塞焊工藝，參閱圖6。 如圖9所示，機芯座上打孔并埋入低碳鋼銷釘，然后在筒壁相應的位置上打孔，將塞焊點焊到銷釘上。
焊接過程采用了如圖１０所示的四點塞焊裝置，其特點是采用了兩把焊槍同時對相對的兩點進行塞焊，然后由氣缸驅(qū)動將工件旋轉(zhuǎn)90°進行另兩點的塞焊。因此，和上兩臺設(shè)備不同的是，轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)電機換成了氣缸，以實現(xiàn)零件焊接工位的變換。
以上三臺裝置均采用了可編程序控制器(ＰＬＣ)對焊接動作程序進行順序控制，并充分考慮了動作間的協(xié)調(diào)與互鎖。采用進口氣體配比器對保護氣體流量進行嚴格控制，從而保證了工藝過程的穩(wěn)定性。
３．４ 密封接線座與筒體的凸焊焊接
密封接線座安裝示意如圖11所示。密封接線座為三芯插座，直徑為Φ３０～３８ｍｍ，采用玻璃體封裝。因此，焊接過程中要控制玻璃體溫度不得超過３００℃。一般采用大容量電容儲能凸焊機(３０，０００Ｗｓ，如ＴＲ－２５Ｋ電容儲能凸焊機)進行焊接。如有可能，也可以采用交流凸焊機(４００ｋＶＡ，如ＴＮ－４４０型交流凸焊機)進行焊接。
３．５ 吸(排)氣管與筒體的凸焊焊接
吸（排）氣管為紫銅管。對于小功率壓縮機，其直徑為Φ１０～１２ｍｍ。傳統(tǒng)工藝是采用釬焊方法將其焊到壓縮機殼體上，但焊后對焊劑的清洗是個難題。為了解決這一問題，目前已逐步過渡到“釬焊+凸焊”工藝。即，先將紫銅管釬焊到一個鋼套上，再將鋼套采用凸焊工藝焊到封頭或筒體上。
３．６ 其它
消音器組合件焊接，主要考慮了工件表面質(zhì)量的要求，一般采用電容儲能點焊實現(xiàn)。底座與殼體的焊接，一般預制２～４個Φ４～６ｍｍ的凸焊點，采用凸焊焊接。還有檔油板、接水盤、接水盤支架、保護盒的焊接等，均采凸焊工藝實現(xiàn)。
對于連桿組合件的對焊焊接，如圖12所示，需要將鋼球與連桿以及連桿與滑套組合焊裝成一體。鋼球為成品，采用軸承鋼制造。連桿和滑套為低碳鋼。焊接中球體外表面溫度不得超過２００℃，不得破壞鋼球的表面質(zhì)量，同時，焊接尺寸精度要求較高。為此，必須從焊接規(guī)范選擇、焊接有效保護上采取嚴格的措施。為了保證焊接接頭的機械強度，焊接規(guī)范要同時考慮焊縫的焊后熱處理。焊接過程中采用了兩臺焊機分別對鋼球與連桿、及連桿與滑套進行對焊焊接。 |
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