|
摘 要：介绍膜盒电容储能缝焊技术，压力传感器真空电弧封焊技术和制冷压缩机零部件的电阻焊与电弧焊技术，并对相应的焊接设备作简要介绍。
关键词：膜盒；压缩机；电阻焊；真空电弧焊；塞焊
Ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｐｅｃｉａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ
ＬＩ Ｊｉｎｇｌｏｎｇ， ＢＡＩ Ｇａｎｇ， ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇ， ＭＡ Ｃａｉｘｉａ， ＹＡＮＧ Ｓｉｑｉａｎ
本文在分析几种典型的焊接结构特点的基础上，提出合理的焊接方法与工艺。着重介绍膜盒等精密构件的焊接特点与质量控制，并简要介绍制冷压缩机各种零、部件的点、凸焊和电弧焊工艺。
１ 膜盒的电容储能缝焊技术
１．１ 焊接材料与结构
用来测量飞机油量的等数值的膜盒如图1所示。
 其结构分为上、下两部分，为０．１～０．３ｍｍ的铍青铜冲压件。在生产中用电阻缝焊的方法将两部分焊接在一起，焊缝要求密封。
由于铍青铜膜盒具有良好的导电、导热性，且厚度较薄，热时间常数很小。因此，一般采用小功率的电容储能缝焊来焊接。然而，电容储能缝焊的电流上升速率很快，焊接过程对规范 参数的变化很敏感。因此，当网络电压发生变化时，膜盒的焊接质量就会受到很大的影响。
为此，专门研制了电容储能缝焊机的单片机恒压控制系统，以从根本上解决网压被动对膜盒焊接质量的影响，并进一步提高焊接过程的控制精度。
１．２ 控制原理与方法
抑制网压波动从根本上讲就是在网压发生波动时，维持电容充电电压的恒定。
图2是电容储能缝焊机主电路原理图。图中３８０Ｖ的交流电压经由变压器Ｔ１升压到４００Ｖ，在网压的正半周，经由可控硅Ｖ１整流后给电容Ｃ充电。充电电压的峰值可通过调节Ｖ１的控制角α１实现。在网压的负半周，可控硅Ｖ２触发，电容Ｃ经由变压器Ｔ２快速放电，实现缝焊过程。图3是电容充放电与网络电压的对应关系。 可以看出，焊接电流的脉冲频率最高为５０Ｈｚ。改变两次充放电的时间间隔即改变焊接电流的脉冲频率。
图4给出了充电回路的等效电路图。很明显，充电电压ｕｃｍａｘ与电源峰值电压ｕｍ、Ｖ１的触发角α１、以及电容Ｃ有关。因此，当电容Ｃ选定后，在网压ｕｍ波动时，可以通过调节触发角α１实现充电电压ｕｕｍａｘ的恒定。下面对电路进行分析。
电源电压可由下式给出，
ｕ＝ｕｍｓｉｎ（ωｔ＋α） （１）
式中，α即Ｖ１的触发角α１。
于是可求得电容Ｃ上的充电压值
式中，
由上式可见，控制角α与充电电压Ｕｃ之间是一个十分复杂的非线关系。直接通过改变控制角α来控制和修正充电压峰值Ｕｃｍａｘ，在实际操作上是十分不便的。下面对式（２）进行分析。
为了求得极值Ｕｃｍａｘ，需要对式（２）进行微分，并令，得
ωｃｏｓ（ωｔ＋φ－９０°）
（３）
将设定的Ｒ和Ｃ值代入式（３），用赋值法可求出α＝ｆ（ｔ）的函数值。由于分析的是Ｕｃ的第一半周的变化过程，因此，只选择α＝ｆ（ｔ）关系中的０～１８０°的初相角进行相关计算。 将式（３）求出的α、ｔ数组，以及给定的Ｒ、Ｃ值代入式（２）中，可以得出在不同的ｕｍ下的α与充电电压峰值ｕｃｍａｘ的对应关系。然后将这一关系制成数表存入计算机，以备调用。
在进行实时控制时，先将设定的Ｕｃｍａｘ和Ｃ值读入内存，然后再采样Ｕｍ。根据Ｕｃｍａｘ、Ｃ、及Ｕｍ值，查表α＝ｆ（Ｕｃｍａｘ，Ｕｍ，Ｃ），即可求出α。由于查表控制过程十分迅速，故不会产生时序问题。
控制系统采用８ＭＨｚ的8位单片机。在网压波动±１５％时，即Ｔ１次级电压的变化范围为３２４～４３６Ｖ时，最大控制误差小于１．５％。满足了膜盒的生产要求，并使产品的焊接合格率由原来的６０％提高到９０％以上，经济效益十分明显。
２ 压力传感器真空电弧封焊技术
２．１ 焊接结构简介
如图5所示，这种型号的压力传感器是在气压下充入惰性气体，然后进行封孔焊接。传感器采用１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ制造。要封的进气孔直径为Φ０．５ｍｍ，预制成Φ１．３ｍｍ的凸台。首先将传感器置于真空室中，进行抽真空—充惰性气体的反复循环过程，直到真空室压力达到要求。再稳定数分钟，使传感器内外压力达到平衡后，对进气孔进行封焊。
２．２ 焊接工艺
传统的真空电弧焊采用的是空心电极，并由电极内孔向焊接区通入适量的保护气体。但对于传感器的焊接，为了保证传感器内的压力值不变，不允许向焊接区另通保护气体。同时，真空电弧焊时，电弧的压缩效应较差，弧柱发散，电弧的能量密度不高，指向性较差，这就需要工艺上采取有效措施进行控制。
不熔化极电弧焊一般采用铈钨作电极，但试验表明，在真空条件下(６００Ｐａ)，采用石墨电极可以获得较好的电弧引燃特性和燃烧稳定性。这可能是由于石墨比铈钨具有更高的熔点和更高的阴极斑点温度，从而维持了更高温度下的电子发射所致。当然，为了更好地维持电弧的稳定性，需要设计电极的端面形状，并对工件的表面进行适当处理。研究表明，压低弧隙的长度对于抑制弧柱扩散、维持电弧稳定性都是有益的。试验中取弧隙长度为１ｍｍ，相应的焊接电流为１８Ａ，焊接时间为０．５ｓ。
２．３ 真空电弧焊设备简介
真空电弧焊设备主要由真空室、转盘与换位定位机构、真空电弧发生器及三维调节系统、工
作台、控制箱、及焊接电源组成。
真空室采用８ｍｍ厚的不锈钢制造，内装有辅助光源，门上装有可视窗。真空室内转盘上一次可安放6个工件，设定6个工位按顺序进行焊接。焊接过程的顺序控制系统采用可编程序控制器(ＰＬＣ)开发。采用非接触式引弧方式，为此专门设计了一套真空下使用的引弧装置。该设备具有焊接质量好，自动化程度高，结构紧凑，外表美观等特点。
３ 压缩机焊接技术
３．１ 压缩机结构与焊接特点
从一般的冰箱、空调压缩机到３～５Ｐ的制冷压缩机，其种类很多，形状各异，但其壳体结构大体类似，一般由上、下封头，筒体，底座，吸、排气管，密封接线座等组成，如图6所
示。压缩机壳体一般采用低碳钢(１０＃、２０＃钢等)制造，其零、部件较多，大多采用电阻焊、电弧焊和钎焊方法进行连接。焊接质量除了强度要求外，主要是气密性要求，焊后一般要进行３．５ＭＰａ的气密性试验和１０．５ＭＰａ的水压性试验。下面介绍几组典型零、部件的焊接工艺。
３．２ 上、下封头与筒体的环缝焊接
上、下封头与筒体的环缝焊接采用了ＭＡＧ焊工艺。保护气体采用了Ａｒ＋ＣＯ２混合气体，以提高熔滴过渡稳定性和获得足够的焊缝宽度。该组工艺的特点是采用了工件自动定位与气动自动压紧，焊枪自动到位，及焊接程序自动控制等功能，实现了环缝焊接过程的自动化，从而提高了焊接效率与焊接质量，减轻了劳动强度。
下封头与筒体的焊接装置如图7所示。焊缝为插套式搭接接头。焊枪安装在三维调节机构上，以实现焊枪的定位。工件装配后置于转台上，上方采用气缸压紧。转台由同轴电机—减速机构驱动旋转。该机构具有运行稳定可靠，体积小的特点。上封头与筒体的焊接装置如图8所示。焊缝采用了对接接头形式，并单边开Ｖ型坡口。和上套焊接装置不同的是，工件由轴承导轨垂直推入焊接位置并气动压紧。然后将整个机构由气缸驱动推到倾斜４５°进行焊接，焊完后拉回垂直位置退出工件。焊枪安装了三维调节机构，以便精确调整焊枪位置。焊枪送进与退出焊接位置也采用气动实现。整个焊接过程需要进行动作的协调。
３．３ 机芯座与筒体的塞焊焊接
机芯座安装在筒体内并和筒体相配合，是铸铁件。其与筒体的定位采用了塞焊工艺，参阅图6。 如图9所示，机芯座上打孔并埋入低碳钢销钉，然后在筒壁相应的位置上打孔，将塞焊点焊到销钉上。
焊接过程采用了如图１０所示的四点塞焊装置，其特点是采用了两把焊枪同时对相对的两点进行塞焊，然后由气缸驱动将工件旋转90°进行另两点的塞焊。因此，和上两台设备不同的是，转台的旋转电机换成了气缸，以实现零件焊接工位的变换。
以上三台装置均采用了可编程序控制器(ＰＬＣ)对焊接动作程序进行顺序控制，并充分考虑了动作间的协调与互锁。采用进口气体配比器对保护气体流量进行严格控制，从而保证了工艺过程的稳定性。
３．４ 密封接线座与筒体的凸焊焊接
密封接线座安装示意如图11所示。密封接线座为三芯插座，直径为Φ３０～３８ｍｍ，采用玻璃体封装。因此，焊接过程中要控制玻璃体温度不得超过３００℃。一般采用大容量电容储能凸焊机(３０，０００Ｗｓ，如ＴＲ－２５Ｋ电容储能凸焊机)进行焊接。如有可能，也可以采用交流凸焊机(４００ｋＶＡ，如ＴＮ－４４０型交流凸焊机)进行焊接。
３．５ 吸(排)气管与筒体的凸焊焊接
吸（排）气管为紫铜管。对于小功率压缩机，其直径为Φ１０～１２ｍｍ。传统工艺是采用钎焊方法将其焊到压缩机壳体上，但焊后对焊剂的清洗是个难题。为了解决这一问题，目前已逐步过渡到“钎焊+凸焊”工艺。即，先将紫铜管钎焊到一个钢套上，再将钢套采用凸焊工艺焊到封头或筒体上。
３．６ 其它
消音器组合件焊接，主要考虑了工件表面质量的要求，一般采用电容储能点焊实现。底座与壳体的焊接，一般预制２～４个Φ４～６ｍｍ的凸焊点，采用凸焊焊接。还有档油板、接水盘、接水盘支架、保护盒的焊接等，均采凸焊工艺实现。
对于连杆组合件的对焊焊接，如图12所示，需要将钢球与连杆以及连杆与滑套组合焊装成一体。钢球为成品，采用轴承钢制造。连杆和滑套为低碳钢。焊接中球体外表面温度不得超过２００℃，不得破坏钢球的表面质量，同时，焊接尺寸精度要求较高。为此，必须从焊接规范选择、焊接有效保护上采取严格的措施。为了保证焊接接头的机械强度，焊接规范要同时考虑焊缝的焊后热处理。焊接过程中采用了两台焊机分别对钢球与连杆、及连杆与滑套进行对焊焊接。 |