电缆接头的应用前景及发展方向

2016/6/30 产品知识

    1 引言

    随着空调行业飞速发展,产品更新换代速度大幅提升,这就要求空调生产线提高自动化和柔性化程度,也对产品质量提出了更高要求。作为空调行业的重要生产工艺之一,电阻点焊工艺(以下简称电阻焊)在新形势下面临着全新的挑战。

    2 电阻焊的实际应用情况

    由于防腐要求较高,空调的钣金件一般采用板厚为0.4~2.0mm的镀锌钢板。电阻焊是一种高效、廉价且可以实现机械化、自动化的连接方式,是目前空调制造中最有效的焊接方式。因此,电阻焊在空调制造过程中得到广泛应用,如后板组件、底盘组件、电机支架组件、电器盒组件、电器盒屏蔽盒组件、电器盒屏蔽盖、窗机外罩组件等钣金件的焊接。

    目前,电阻焊设备主要可以分为三大类——固定式点焊机、机器人与固定式点焊机配套的焊接工作站、多点焊接专机。

    2.1 固定式点焊机

    固定式点焊机是目前空调钣金件连接生产中应用最多的电阻焊接设备。它可以将单相频率50Hz的交流电输入单相降压变压器,通过变压器输出低电压、大电流的正弦波,以满足接触焊点的需求。它的优点是结构简单,焊接时间、压力和电流等焊接规范容易调节,独立性强,便于安装、调整及维修,价格低廉;缺点是功率因数较低,热影响较大。

    空调制造业固定式点焊机的电极压力机构一般采用气缸气动加压和弹簧加压(通过人力脚踏或手动加压)两种形式。目前,最通用的设备是气缸气动加压点焊机。弹簧加压(通过人力脚踏或手动加压)点焊机属于非同步式控制(人工加压和控制器通电须分别控制),压力由人工通过杠杆弹簧决定,压力有时会不稳定,进而影响焊点表面质量。因此,在空调钣金件连接生产中,弹簧加压电焊机的应用正在逐渐减少,除了特别工艺需要,目前焊接生产通常优先选用气动式点焊机。对立体工件或焊点较少的工件而言,焊点有时位于工件角落。采用圆弧加压的脚踏式点焊机便于焊机电极伸入工件内部,如窗机外罩组件、电器盒屏蔽盒、电器盒屏蔽盖的焊接。

    2.2 机器人与固定式点焊机配套的焊接工作站

    为了减少焊工、提高焊接自动化程度,可以利用搬运机器人与固定式点焊机配套完成焊接工作。以窗机外罩组件焊机为例,待焊工件在焊接工装上定位夹紧后,机器人抓取搬运工装(含待焊工件)至固定式点焊机电极处焊接。这种焊接方式的优点是设备投入成本较点焊机器人少,缺点是生产效率不高。

    2.3 多点焊接专机

    对于结构形状复杂、焊点密集、接头搭边小、操作困难、焊接质量难以保证的工件,可以采用多点焊接专机,如空调底盘组件和窗机外罩组件的焊接。多点焊接专机的缺点是结构复杂、动作简单、程序基本固定、制造成本和维修费用高、只适用于特定产品的焊接、柔性差。

    3 TOX铆接对电阻焊的挑战

    20世纪90年代,TOX铆接技术出现。该技术可以利用简单的圆锥凸模将被连接件压入凹模,使凹模内的材料向外流动,从而产生一个既无棱又无毛刺的圆点连接点,即TOX圆点。随着TOX铆接技术日益成熟,该技术在空调制造业的应用开始增多,并逐渐取代传统的电阻焊方法应用于底盘、后板等组件连接生产中。

    TOX铆接技术具有如下优势:

    (1)工作环境好,铆接过程采用机械成型,无噪声,无污染,对员工不造成负面影响;

    (2)自动化程度高,可以同时连接一个点或多个点,还可对连接强度进行无损检测,对连接质量进行无损评估,并可引入自动线;

    (3)TOX铆接单点连接的静态连接强度为点焊的70%,双点连接(可以在一道工序内加工形成)的静态连接强度与点焊相等,疲劳连接强度比点焊高,连接的承载能力与受载方向无关,而且连接在受剪切和受拉力作用时的承载性能相同;

    (4)产品质量好,可以采用模具,零件连接处无毛刺,外观美观,变形几率非常低;

    (5)能耗低,较节能,无环境污染;

    (6)防腐性能优于点焊,无镀层材料的锈蚀。

    4 电阻焊的应用前景

    虽然TOX铆接技术具有工作环境好、自动化程度高、连接牢固稳定、能耗低等优点,但是TOX铆接技术仍旧无法完全取代电阻焊工艺。而且,TOX铆接技术在实际推广应用中仍存在问题,如设备一次性投资较大,通用性不强等。

    电阻焊在空调制造中仍有强大的生命力和广阔的应用前景。首先,电阻焊工艺是当今世界应用最广泛的焊接方式,是钣金件焊接公认的传统工艺,操作简单,机械化程度高。同时,多数空调钣金连接的接头形式是按照电阻焊要求设计的。电阻焊非常适合薄钢板焊接,接头质量高,对被焊工件的配合精度要求不高,通用性强,生产效率较高,设备投资成本远低于TOX铆接。

    5电阻焊的未来发展方向

    在空调制造中,电阻焊有着广阔的应用前景,不少企业在电源以及电极驱动、材料和结构等诸多方面进行了有益的尝试。

    5.1中频逆变焊接技术

    中频逆变焊机具有高效节能的优点。在全球倡导节能、环保、低碳的今天,这一技术在空调制造中颇具优势。与传统交流焊机相比,中频逆变焊机具有如下特点:

    (1)焊接质量好,焊接参数控制精度显著提高,焊接时间精度达到毫秒级,电流控制更精确;

    (2)焊接速度快,直流输出,加热集中,焊接时间短,较工频交流焊机节省约15%的时间;

    (3)电极寿命增加30%~50%,电极研磨频次降低;

    (4)焊接变压器体积和重量显著下降,只有工频交流焊机的1/3;

    (5)可以在线监控,实现自动调整补偿功能;

    (6)节能效果明显,功率因素从0.6提高到0.9,有效节能25%~32%;

    (7)中频逆变焊接是三相平衡负载,比单相交流焊接对电网的冲击小,对供电系统的要求低,符合国家能源政策。

    5.2伺服技术

    传统的电极由气缸施加压力,无法保证电极力的稳定,会对工件表面造成冲击,在工件表面形成较深压痕,影响工件表面质量。随着焊接机器人的大量应用,为了实现高效生产,减小气动焊钳点焊时对工件表面的冲击,提高工件表面质量,实现对焊钳施压过程的精确控制,一种新型焊钳——伺服焊钳面世。这种焊钳具有环保节能、在焊接时与工件接触轻柔、噪声低、可控性高等特点,可以有效提高焊接质量。

    5.3一体式点焊钳

    一体式点焊钳将焊接变压器与点焊钳合为一体,大大缩短了焊接二次回路,降低了电能消耗和对供电电源容量的要求。同时,由于没有常规分体式焊钳的二次电缆,一体式点焊钳操作更加方便、轻松,焊接机器人可以更从容地实施焊钳姿态调整,减少强磁场对人体的伤害,节省二次电缆的日常维护成本。随着空调钣金新材料的使用和焊接质量要求的不断提高,中频焊接技术与伺服技术被集中应用于一体式点焊钳。

    5.4自动化焊接技术

    在产品多样化发展有背景下,为了在提高产能、生产效率和产品质量的同时有效降低劳动成本,以点焊机器人为主导的自动化焊接技术近年来不断发展。机器人焊接系统属于复杂的多智能体系统,可实现全自动无人生产,由PLC控制系统协调控制点焊机器人和生产线设备,实现参数设定、系统编程、工作状态显示及故障报警显示等功能。

    5.5电阻点焊电极

    作为点焊机必不可少的组成部分,电极主要起到传输焊接电流、加压及散热的作用。由于使用条件和环境比较恶劣,电极极易出现粘附、变形和压溃等问题。在实际生产中,电极应具备一定的力学性能、热学性能和形状特征。

    (1)电极材料研究

    在实际应用中,我们希望点焊电极材料能够具备高导电率、高热导率、高温强度和硬度、物理性能稳定、不易粘附、高温时可尽量避免与焊接金属合金化等特点。但是,一般情况下,电极材料很难同时具备上述特点,在选用材料时需要综合考虑,以某个性能为主,兼顾其他性能。

    目前,空调钣金镀锌钢板点焊电极材料通常采用铜合金,常用的材料有铬锆铜和铬铜。但是,镀锌钢板点焊过程中飞溅较大,点焊电极烧蚀较快且工作寿命较短,焊点表面质量易恶化。对于批量生产的空调制造业,提高点焊电极工作寿命是非常重要且值得研究的课题。

    从材料来看,提高镀锌钢板点焊电极寿命及点焊质量可以从4个方面着手。一是推广氧化铝弥散强化铜电极,二是开发新的合金系统电极,三是研发涂层电极(在表面涂一层高熔点材料),四是采用深冷处理强化电极材料性能、提高电极寿命。

    (2)电极结构研究

    电极结构、形状、尺寸和冷却条件是影响熔焊尺寸和焊点强度的重要因素,研究电极结构对点焊过程的影响非常必要。

    (3)电极带电阻焊新工艺

    电极带保护电极和母材在电极和工件间移动,一个点焊接完成后,电极带会自动移动到下一个位置,提供恒定高质量的焊接起始条件,适宜焊接镀层钢板、高强钢板等各种材料,也适宜焊接多层板。电极带可以保证焊接工艺的稳定性,使焊接过程无飞溅,焊接后无需修磨,还可以调节焊接区域的热平衡,使整个焊接过程稳定可靠。

    5.6新型材料的电阻焊研究

    目前,空调行业正在研究以铝合金、高强度钢、不锈钢取代镀锌钢板。因此,研究铝合金、高强度钢、不锈钢等新型材料的电阻点焊性能已经成为非常迫切的任务。

    6结论

    虽然空调制造行业已经在部分生产领域以TOX铆接技术替代传统的电阻焊工艺,但是随着工业现代化进程的不断推进,具备诸多优点的电阻焊工艺在空调制造中仍有广阔的应用前景。同时,为了适应新材料、新工艺、新产品开发应用需要,电阻焊设备和工艺还有很多方面亟待研究。