【摘要】：在電工觸頭感應(yīng)釬焊生產(chǎn)過程中,為了保證一定的生產(chǎn)效率,容易出現(xiàn)未釬透缺陷,焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。此外,在推進電工觸頭感應(yīng)釬焊自動化生產(chǎn)過程中,缺乏有效的在線質(zhì)量監(jiān)測和焊后在線快速無損質(zhì)量評估手段。本文以CJ400電工觸頭為研究對象,對脈沖式、連續(xù)式感應(yīng)釬焊的釬著率進行了對比分析;并對基于過程電參數(shù)積分值的在線釬著率監(jiān)測進行了研究;鑒于電工觸頭焊后釬著率測量效率比較低(每個工件約30分鐘),提出了基于電工觸頭電阻的釬著率焊后在線快速無損評估方法。以提高焊縫徑向溫度場均勻性為切入點,提出了變電流脈沖式感應(yīng)釬焊的方法,并對連續(xù)式和脈沖式感應(yīng)加熱的徑向溫度場均勻性進行了對比分析。通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),在傳統(tǒng)連續(xù)式感應(yīng)加熱條件下,電流密度越小,焊縫徑向溫度場越均勻。在脈沖式感應(yīng)加熱條件下,由于基值和峰值產(chǎn)熱速度的不同,外表面和中心處的溫差是按照一定的波動規(guī)律不斷上升。在所需加熱時間相等的條件下,脈沖式感應(yīng)釬焊徑向溫度場的均勻性要優(yōu)于連續(xù)式感應(yīng)釬焊。為了滿足自動化生產(chǎn)線對生產(chǎn)效率的要求,將CJ400電工觸頭感應(yīng)釬焊總焊接時間限制在約20s(即加熱時間16s,保持時間4s)。借助于自主研制的脈沖式感應(yīng)加熱電源控制器,對連續(xù)式和脈沖式感應(yīng)釬焊進行對比工藝試驗。在連續(xù)式感應(yīng)釬焊(電流45.0A)條件下,加熱時間為17.0s時,釬著率達到最大值87.62%;在脈沖式感應(yīng)釬焊(基值30.0A,峰值60.0A)條件下,當(dāng)加熱時間為16.8s,釬著率達到最大值為96.61%,工藝窗口為16.4-17.2s。在加熱時間相等的條件下,脈沖式感應(yīng)釬焊的釬著率更高,工藝窗口更寬即焊接質(zhì)量更穩(wěn)定。釬焊接頭界面組織是由銀基固溶體、銅基固溶體和少量銀銅共晶組織組成的。隨著保持時間或者電流的增加,形成接頭的銀基固溶體也不斷增加,銀銅共晶組織不斷減少。為了滿足電工觸頭感應(yīng)釬焊自動化生產(chǎn)的需求,對基于電參數(shù)在線釬著率監(jiān)測(最終的目標(biāo)是監(jiān)控)方案進行研究。通過對感應(yīng)釬焊電流、電壓和功率等過程電參數(shù)與釬著率之間關(guān)系研究發(fā)現(xiàn),在連續(xù)式和脈沖式感應(yīng)釬焊的條件下,過程電參數(shù)積分值與釬著率之間的關(guān)系曲線均可以分為釬料未熔化區(qū)、上升區(qū)、穩(wěn)定區(qū)(釬著率基本穩(wěn)定在80%以上)、下降區(qū)四個區(qū)域。這是由于過程電參數(shù)積分值與感應(yīng)加熱電源的輸出能量成正比,感應(yīng)加熱電源輸出能量則直接影響釬料的熔化情況、釬著率的變化規(guī)律。對穩(wěn)定區(qū)電參數(shù)提取相應(yīng)的合理偏離度,通過偏離度劃分質(zhì)量等級、給定比例因子,對釬著率進行模糊綜合評判,通過釬著率等級預(yù)測結(jié)果和測量結(jié)果的對比可以發(fā)現(xiàn),準確率分別可以達到97%、99%。此外,鑒于過程電參數(shù)與釬著率之間的關(guān)系,在后續(xù)的工作中可以以過程電參數(shù)作為反饋量,對電工觸頭感應(yīng)釬焊焊接質(zhì)量的閉環(huán)控制進行研究。鑒于電工觸頭焊后釬著率測量效率比較低,只能實現(xiàn)對批量產(chǎn)品離線抽檢,提出了基于電工觸頭電阻的焊后在線快速無損釬著率評估方案。通過對電工觸頭電阻與釬著率之間的關(guān)系研究,發(fā)現(xiàn)電流會在未釬透缺陷附近產(chǎn)生繞流現(xiàn)象,在缺陷附近區(qū)域產(chǎn)生一定的弱電流密度區(qū),電流的導(dǎo)通通道變窄。因此,隨著未釬透缺陷面積的減小即釬著率的增加,觸頭電阻不斷減小。由于缺陷附近本身存在一定的弱電流密度區(qū),缺陷高度的變化(0.3mm范圍之內(nèi))對電阻影響不大。由此總結(jié)可知,電阻和釬著率均是反映未釬透缺陷的面積。采用大功率中頻逆變電阻焊機(最大輸出電流60kA)對電工觸頭電阻進行測量,借助于電阻熱和電極壓力在最大程度上消除接觸電阻,提高電阻測量的準確性和穩(wěn)定性。通過測量工藝優(yōu)化,采用多脈沖(6個脈沖)代替單脈沖的方法對電工觸頭電阻進行測量。電極壓力為3000N,每個脈沖通電時間為100ms。第一個脈沖采用大電流(30000A)消除接觸電阻,后續(xù)脈沖采用小電流(20000A),避免測量區(qū)溫度升高導(dǎo)致的電阻測量誤差,同時借助于脈沖間隔時間(1000ms)之內(nèi)的水冷散熱對測量區(qū)進行降溫。將第三個到第六個脈沖穩(wěn)態(tài)電阻的平均值近似為觸頭電阻,并分析其與觸頭釬著率之間的關(guān)系。利用電阻對電工觸頭釬著率進行評估,通過對實測值和預(yù)測值的比較發(fā)現(xiàn),釬著率的均方根誤差和最大誤差分別為3.05%、5.47%。由此說明,利用電阻對電工觸頭進行焊后在線快速無損質(zhì)量評估的方案是可行的。
【圖文】：

圖 1-2 低壓電器設(shè)備工作示意圖[2]. 1-2 Working diagram of low voltage electrical equipm環(huán)境也會對電工觸頭工作過程中的電弧持續(xù)，Makimoto J[18, 19]等人對電工觸頭在空氣和氮

圖 1-6AgSnO2觸點和 H62 黃銅電阻釬焊[1]Fig. 1-6 Resistance brazing of AgSnO2and H62[1][2]等人對 AgCdO15 觸點和 T3 銅觸橋的電阻釬焊工藝進行。研究發(fā)現(xiàn)隨焊接電流的增加，，焊接觸頭剪切力先增加后減
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM503.5;TG454

【參考文獻】

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本文編號：2628172