齊元波

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

1 熱壓焊工藝

漆包線焊接機(jī)焊接過(guò)程是把電極產(chǎn)生的電阻熱傳到端子上，利用這個(gè)熱量和加壓力進(jìn)行壓接。參考陳稚文在熱壓焊工作過(guò)程的研究[1]，確定電阻熱能首先保證剝離導(dǎo)線的鍍層，然后依靠端子的夾力來(lái)確保結(jié)合強(qiáng)度的熱壓，焊接不良主要包括導(dǎo)線斷線、鍍層剝離不足、壓夾不足等問(wèn)題。

焊接過(guò)程可分解為預(yù)壓、焊接、保壓和休止4個(gè)階段，如圖1所示。

圖1 4個(gè)階段與電極壓力、焊接電流、焊接時(shí)間關(guān)系

焊接優(yōu)點(diǎn)：①初步熱量將漆包線的漆皮氣化；②進(jìn)一步的加熱，漆皮氣化，為銅線和銅線連接在一起提供條件；③最后的加熱和施加壓力，使?jié)崈艉蟮你~線互相熱量傳遞擴(kuò)散；④在通電斷開(kāi)后，壓力需要繼續(xù)保持，避免銅線連接松開(kāi)；⑤此種熔接方法形成的連接，拉力強(qiáng)大和耐用，且?guī)缀酢傲汶娮琛薄?/p>

2 產(chǎn)品分析及工藝簡(jiǎn)介

2.1 產(chǎn)品介紹

選取直流電機(jī)轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品對(duì)漆包線焊接機(jī)焊接過(guò)程特性參數(shù)開(kāi)展研究分析。

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的直流電機(jī)轉(zhuǎn)子（散熱器風(fēng)扇總成使用）共計(jì)92 047臺(tái)，生產(chǎn)過(guò)程中共計(jì)出現(xiàn)不良數(shù)為1 801臺(tái)，不良率為1.96%。其中不良件中主要故障——轉(zhuǎn)子點(diǎn)焊焊接電阻大為1 187臺(tái)，不良率為1.29%，占總不良率的65.9%。本次研究目標(biāo)是將產(chǎn)品不良率降低為0。

直流電機(jī)轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品的焊接主要是換向器片和漆包線由棒狀合金電極正極和負(fù)極壓緊后通電加熱，熔化并氣化之間的漆包線漆膜，將漆包線與鉤腳緊密壓接在一起，并形成熔核，保證其焊接強(qiáng)度，如圖2所示。

圖2 直流電機(jī)轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品的焊接

2.2 焊接熔核

轉(zhuǎn)子點(diǎn)焊采用電阻焊原理，理論上是漆包線與換向器片之間產(chǎn)生熔核，使其焊接電阻最小。但是由于漆包線表面附有一層漆膜，起絕緣作用，在點(diǎn)焊過(guò)程中電流無(wú)法正常從漆包線上通過(guò)，則無(wú)法形成熔核，如圖3所示[2]。

圖3 理論狀態(tài)

對(duì)比韓國(guó)標(biāo)桿產(chǎn)品，通過(guò)保證換向器鉤腳與換向片之間產(chǎn)生的熔核，確保焊接后漆包線與換向器片完全緊密連接、無(wú)間隙，不受外界因素影響，同時(shí)焊接質(zhì)量可靠、穩(wěn)定。標(biāo)桿狀態(tài)如圖4所示。

圖4 標(biāo)桿狀態(tài)

2.3 分析焊接步驟，確定特性參數(shù)

漆包線的漆膜熔化完全靠焊接熱量，電阻焊的焊接熱量為Q=I2Rt，說(shuō)明決定電阻焊接熱量的是焊接電流、兩極之間的電阻（額定）和焊接時(shí)間三大因數(shù)。參考熱壓焊工作原理[3]，結(jié)合焊接過(guò)程針對(duì)產(chǎn)品各階段進(jìn)行機(jī)理分析，確定焊接壓力、焊接電流、焊接時(shí)間、保壓時(shí)間4個(gè)參數(shù)為特性參數(shù)，如表1所示。

表1 熱壓焊工作階段

由以上機(jī)理解析可知，焊棒角度、點(diǎn)焊壓力、焊接時(shí)間、焊接電流、保壓時(shí)間為影響換向器鉤腳與換向片無(wú)間隙（即產(chǎn)品特性）的主要因子，如圖5所示。

圖5 主要因子

3 創(chuàng)新工藝方案

3.1 分析熔核特性，優(yōu)化焊接方案

由于轉(zhuǎn)子點(diǎn)焊過(guò)程中產(chǎn)生熔核需要較高的熱量，該熱量易將換向器高溫?zé)?、變色，結(jié)合指標(biāo)與因子的關(guān)系矩陣（見(jiàn)圖6）可知，在過(guò)程研究時(shí)需重點(diǎn)分析，并綜合考慮這兩項(xiàng)指標(biāo)。

圖6 指標(biāo)與因子的關(guān)系矩陣

轉(zhuǎn)子點(diǎn)焊的焊接階段是依靠通電產(chǎn)生的熱量在換向器鉤腳與換向片之間形成熔核，既要保證有效的熔核面積，又要防止熱量過(guò)高造成的換向器表面變色。參考文獻(xiàn)[4]，特對(duì)轉(zhuǎn)子點(diǎn)焊工序進(jìn)行優(yōu)化改造，增加一個(gè)預(yù)熱階段，即通電（小電流）預(yù)熱后再通電（大電流）進(jìn)行焊接，此時(shí)的焊接電流小于原先的焊接電流，電流減小則熱響應(yīng)區(qū)減小，能避免換向器嚴(yán)重變色。轉(zhuǎn)子點(diǎn)焊工序如圖7所示。

圖7 轉(zhuǎn)子點(diǎn)焊優(yōu)化工序

3.2 優(yōu)化焊接步驟

結(jié)合優(yōu)化的焊接過(guò)程，再次對(duì)焊接各階段進(jìn)行機(jī)理分析，最終確定焊接壓力、預(yù)熱電流、預(yù)熱時(shí)間、焊接電流、焊接時(shí)間、保壓時(shí)間6個(gè)參數(shù)為特性參數(shù)，如表2所示。焊棒角度、點(diǎn)焊壓力、預(yù)熱時(shí)間、預(yù)熱電流、焊接時(shí)間、焊接電流、保壓時(shí)間為影響換向器鉤腳與換向片無(wú)間隙（即產(chǎn)品特性）的主要因子，如圖8所示。

表2 優(yōu)化的焊接過(guò)程

圖8 主要因子

4 驗(yàn)證確認(rèn)最優(yōu)參數(shù)

4.1 開(kāi)展DOE確定最優(yōu)

參考曲面響應(yīng)法在焊接中的普遍應(yīng)用，開(kāi)展DOE試驗(yàn)，研究轉(zhuǎn)子在不同焊接條件下達(dá)到規(guī)定的焊接電阻值、焊接熔核面積及外觀要求，以選定合理的工藝規(guī)范，提高焊接質(zhì)量[5-6]。通過(guò)關(guān)系矩陣圖（見(jiàn)圖6）可知，轉(zhuǎn)子點(diǎn)焊后其指標(biāo)中的外觀和熔核面積呈負(fù)相關(guān)交互作用，考慮到該兩個(gè)指標(biāo)對(duì)于產(chǎn)品的權(quán)重，對(duì)外觀進(jìn)行打分時(shí)給予0.7的權(quán)重考慮。結(jié)合焊接指標(biāo)要求進(jìn)行打分，打分表及開(kāi)展項(xiàng)目如表3、表4所示。

表3 最優(yōu)參數(shù)打分

表3 開(kāi)展項(xiàng)目

在可知的合理參數(shù)（轉(zhuǎn)速25 r/min、預(yù)壓時(shí)間為8C）的前提下，確定水平、因子為六水平三因子試驗(yàn)，選用L18正交表來(lái)安排試驗(yàn)，如表5所示。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證分析得到最優(yōu)參數(shù)如表6所示。

4.2 小批量驗(yàn)證最優(yōu)參數(shù)

按DOE試驗(yàn)的優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行批量驗(yàn)證，驗(yàn)證數(shù)量為250只轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子焊接電阻值不良率為0。小批驗(yàn)證后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行剖析，與項(xiàng)目改進(jìn)前的產(chǎn)品進(jìn)行 對(duì)比結(jié)論，如表7所示。

表5 正交表

表6 最優(yōu)參數(shù)

表7 改進(jìn)前后的產(chǎn)品性能對(duì)比及結(jié)論

5 結(jié)論

通過(guò)研究漆包線焊接機(jī)焊接過(guò)程控制參數(shù)，在原有的預(yù)壓、焊接、保壓、休止4個(gè)階段的基礎(chǔ)上，優(yōu)化焊接方案，加入預(yù)熱階段，確定最優(yōu)參數(shù)，將直流電機(jī)轉(zhuǎn)向器產(chǎn)品不良率由改善前的1.29%降至0，實(shí)現(xiàn)了真正的零缺陷。同時(shí)焊接過(guò)程西格瑪水平由改善前2.1提升至5.98，消除了特殊原因。