電纜接頭的應用前景及發展方向

2016/6/30 產品知識

    1 引言

    隨著空調行業飛速發展,產品更新換代速度大幅提升,這就要求空調生產線提高自動化和柔性化程度,也對產品質量提出了更高要求。作為空調行業的重要生產工藝之一,電阻點焊工藝(以下簡稱電阻焊)在新形勢下面臨著全新的挑戰。

    2 電阻焊的實際應用情況

    由于防腐要求較高,空調的鈑金件一般采用板厚為0.4~2.0mm的鍍鋅鋼板。電阻焊是一種高效、廉價且可以實現機械化、自動化的連接方式,是目前空調制造中最有效的焊接方式。因此,電阻焊在空調制造過程中得到廣泛應用,如后板組件、底盤組件、電機支架組件、電器盒組件、電器盒屏蔽盒組件、電器盒屏蔽蓋、窗機外罩組件等鈑金件的焊接。

    目前,電阻焊設備主要可以分為三大類——固定式點焊機、機器人與固定式點焊機配套的焊接工作站、多點焊接專機。

    2.1 固定式點焊機

    固定式點焊機是目前空調鈑金件連接生產中應用最多的電阻焊接設備。它可以將單相頻率50Hz的交流電輸入單相降壓變壓器,通過變壓器輸出低電壓、大電流的正弦波,以滿足接觸焊點的需求。它的優點是結構簡單,焊接時間、壓力和電流等焊接規范容易調節,獨立性強,便于安裝、調整及維修,價格低廉;缺點是功率因數較低,熱影響較大。

    空調制造業固定式點焊機的電極壓力機構一般采用氣缸氣動加壓和彈簧加壓(通過人力腳踏或手動加壓)兩種形式。目前,最通用的設備是氣缸氣動加壓點焊機。彈簧加壓(通過人力腳踏或手動加壓)點焊機屬于非同步式控制(人工加壓和控制器通電須分別控制),壓力由人工通過杠桿彈簧決定,壓力有時會不穩定,進而影響焊點表面質量。因此,在空調鈑金件連接生產中,彈簧加壓電焊機的應用正在逐漸減少,除了特別工藝需要,目前焊接生產通常優先選用氣動式點焊機。對立體工件或焊點較少的工件而言,焊點有時位于工件角落。采用圓弧加壓的腳踏式點焊機便于焊機電極伸入工件內部,如窗機外罩組件、電器盒屏蔽盒、電器盒屏蔽蓋的焊接。

    2.2 機器人與固定式點焊機配套的焊接工作站

    為了減少焊工、提高焊接自動化程度,可以利用搬運機器人與固定式點焊機配套完成焊接工作。以窗機外罩組件焊機為例,待焊工件在焊接工裝上定位夾緊后,機器人抓取搬運工裝(含待焊工件)至固定式點焊機電極處焊接。這種焊接方式的優點是設備投入成本較點焊機器人少,缺點是生產效率不高。

    2.3 多點焊接專機

W66利来娱乐     對于結構形狀復雜、焊點密集、接頭搭邊小、操作困難、焊接質量難以保證的工件,可以采用多點焊接專機,如空調底盤組件和窗機外罩組件的焊接。多點焊接專機的缺點是結構復雜、動作簡單、程序基本固定、制造成本和維修費用高、只適用于特定產品的焊接、柔性差。

    3 TOX鉚接對電阻焊的挑戰

    20世紀90年代,TOX鉚接技術出現。該技術可以利用簡單的圓錐凸模將被連接件壓入凹模,使凹模內的材料向外流動,從而產生一個既無棱又無毛刺的圓點連接點,即TOX圓點。隨著TOX鉚接技術日益成熟,該技術在空調制造業的應用開始增多,并逐漸取代傳統的電阻焊方法應用于底盤、后板等組件連接生產中。

    TOX鉚接技術具有如下優勢:

    (1)工作環境好,鉚接過程采用機械成型,無噪聲,無污染,對員工不造成負面影響;

    (2)自動化程度高,可以同時連接一個點或多個點,還可對連接強度進行無損檢測,對連接質量進行無損評估,并可引入自動線;

    (3)TOX鉚接單點連接的靜態連接強度為點焊的70%,雙點連接(可以在一道工序內加工形成)的靜態連接強度與點焊相等,疲勞連接強度比點焊高,連接的承載能力與受載方向無關,而且連接在受剪切和受拉力作用時的承載性能相同;

    (4)產品質量好,可以采用模具,零件連接處無毛刺,外觀美觀,變形幾率非常低;

    (5)能耗低,較節能,無環境污染;

W66利来娱乐     (6)防腐性能優于點焊,無鍍層材料的銹蝕。

    4 電阻焊的應用前景

    雖然TOX鉚接技術具有工作環境好、自動化程度高、連接牢固穩定、能耗低等優點,但是TOX鉚接技術仍舊無法完全取代電阻焊工藝。而且,TOX鉚接技術在實際推廣應用中仍存在問題,如設備一次性投資較大,通用性不強等。

    電阻焊在空調制造中仍有強大的生命力和廣闊的應用前景。首先,電阻焊工藝是當今世界應用最廣泛的焊接方式,是鈑金件焊接公認的傳統工藝,操作簡單,機械化程度高。同時,多數空調鈑金連接的接頭形式是按照電阻焊要求設計的。電阻焊非常適合薄鋼板焊接,接頭質量高,對被焊工件的配合精度要求不高,通用性強,生產效率較高,設備投資成本遠低于TOX鉚接。

    5電阻焊的未來發展方向

    在空調制造中,電阻焊有著廣闊的應用前景,不少企業在電源以及電極驅動、材料和結構等諸多方面進行了有益的嘗試。

    5.1中頻逆變焊接技術

    中頻逆變焊機具有高效節能的優點。在全球倡導節能、環保、低碳的今天,這一技術在空調制造中頗具優勢。與傳統交流焊機相比,中頻逆變焊機具有如下特點:

    (1)焊接質量好,焊接參數控制精度顯著提高,焊接時間精度達到毫秒級,電流控制更精確;

    (2)焊接速度快,直流輸出,加熱集中,焊接時間短,較工頻交流焊機節省約15%的時間;

    (3)電極壽命增加30%~50%,電極研磨頻次降低;

    (4)焊接變壓器體積和重量顯著下降,只有工頻交流焊機的1/3;

    (5)可以在線監控,實現自動調整補償功能;

    (6)節能效果明顯,功率因素從0.6提高到0.9,有效節能25%~32%;

W66利来娱乐     (7)中頻逆變焊接是三相平衡負載,比單相交流焊接對電網的沖擊小,對供電系統的要求低,符合國家能源政策。

    5.2伺服技術

    傳統的電極由氣缸施加壓力,無法保證電極力的穩定,會對工件表面造成沖擊,在工件表面形成較深壓痕,影響工件表面質量。隨著焊接機器人的大量應用,為了實現高效生產,減小氣動焊鉗點焊時對工件表面的沖擊,提高工件表面質量,實現對焊鉗施壓過程的精確控制,一種新型焊鉗——伺服焊鉗面世。這種焊鉗具有環保節能、在焊接時與工件接觸輕柔、噪聲低、可控性高等特點,可以有效提高焊接質量。

    5.3一體式點焊鉗

    一體式點焊鉗將焊接變壓器與點焊鉗合為一體,大大縮短了焊接二次回路,降低了電能消耗和對供電電源容量的要求。同時,由于沒有常規分體式焊鉗的二次電纜,一體式點焊鉗操作更加方便、輕松,焊接機器人可以更從容地實施焊鉗姿態調整,減少強磁場對人體的傷害,節省二次電纜的日常維護成本。隨著空調鈑金新材料的使用和焊接質量要求的不斷提高,中頻焊接技術與伺服技術被集中應用于一體式點焊鉗。

    5.4自動化焊接技術

    在產品多樣化發展有背景下,為了在提高產能、生產效率和產品質量的同時有效降低勞動成本,以點焊機器人為主導的自動化焊接技術近年來不斷發展。機器人焊接系統屬于復雜的多智能體系統,可實現全自動無人生產,由PLC控制系統協調控制點焊機器人和生產線設備,實現參數設定、系統編程、工作狀態顯示及故障報警顯示等功能。

    5.5電阻點焊電極

    作為點焊機必不可少的組成部分,電極主要起到傳輸焊接電流、加壓及散熱的作用。由于使用條件和環境比較惡劣,電極極易出現粘附、變形和壓潰等問題。在實際生產中,電極應具備一定的力學性能、熱學性能和形狀特征。

    (1)電極材料研究

    在實際應用中,我們希望點焊電極材料能夠具備高導電率、高熱導率、高溫強度和硬度、物理性能穩定、不易粘附、高溫時可盡量避免與焊接金屬合金化等特點。但是,一般情況下,電極材料很難同時具備上述特點,在選用材料時需要綜合考慮,以某個性能為主,兼顧其他性能。

    目前,空調鈑金鍍鋅鋼板點焊電極材料通常采用銅合金,常用的材料有鉻鋯銅和鉻銅。但是,鍍鋅鋼板點焊過程中飛濺較大,點焊電極燒蝕較快且工作壽命較短,焊點表面質量易惡化。對于批量生產的空調制造業,提高點焊電極工作壽命是非常重要且值得研究的課題。

    從材料來看,提高鍍鋅鋼板點焊電極壽命及點焊質量可以從4個方面著手。一是推廣氧化鋁彌散強化銅電極,二是開發新的合金系統電極,三是研發涂層電極(在表面涂一層高熔點材料),四是采用深冷處理強化電極材料性能、提高電極壽命。

    (2)電極結構研究

    電極結構、形狀、尺寸和冷卻條件是影響熔焊尺寸和焊點強度的重要因素,研究電極結構對點焊過程的影響非常必要。

    (3)電極帶電阻焊新工藝

    電極帶保護電極和母材在電極和工件間移動,一個點焊接完成后,電極帶會自動移動到下一個位置,提供恒定高質量的焊接起始條件,適宜焊接鍍層鋼板、高強鋼板等各種材料,也適宜焊接多層板。電極帶可以保證焊接工藝的穩定性,使焊接過程無飛濺,焊接后無需修磨,還可以調節焊接區域的熱平衡,使整個焊接過程穩定可靠。

    5.6新型材料的電阻焊研究

W66利来娱乐     目前,空調行業正在研究以鋁合金、高強度鋼、不銹鋼取代鍍鋅鋼板。因此,研究鋁合金、高強度鋼、不銹鋼等新型材料的電阻點焊性能已經成為非常迫切的任務。

    6結論

    雖然空調制造行業已經在部分生產領域以TOX鉚接技術替代傳統的電阻焊工藝,但是隨著工業現代化進程的不斷推進,具備諸多優點的電阻焊工藝在空調制造中仍有廣闊的應用前景。同時,為了適應新材料、新工藝、新產品開發應用需要,電阻焊設備和工藝還有很多方面亟待研究。