触桥焊接区形状对触头元件焊接质量的影响

电工材料　２０　１　５　Ｎｏ．４　蒋德志等：触桥焊接区形状对触头元件焊接质量的影响　１　１　触桥焊接区形状对触头元件焊接质量的影响　蒋德志　，白娅玲　。，章　杰１，２　肖再敏“　，庞杰林　，李红英　（１．桂林电器科学研究院有限公司，广西桂林５４１００４；　２．桂林金格电工电子材料科技有限公司，广西桂林５４１００４）　摘要：在生产实践的基础上，研究了触桥焊接区不同形状对ＡｇＣ触头材料电阻焊接过程及结果的影　响。对比了条纹状与点状的焊接区形状对焊接工艺参数的要求，以及对产品硬度、焊接面积、焊接强　度、外观质量的影响。结果表明：点状焊接区形状的产品所需要的焊接电流更低；两种形状对触头硬度　的影响无明显区别，但点状产品焊接对触桥硬度的影响要比条纹状产品大；两种形状对焊接面积及焊　接强度的影响不明显；点状产品溢出料可以做到更小，但需要更精确的控制工艺参数。　关键词：电阻焊接；触头元件；ＡｇＣ触头材料　中图分类号：ＴＭ５６　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７１．８８８７（２０１５）０４．００１１．０５　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　Ｓｈａｐｅ　ｏｆ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｗｅｌｄｉｎｇ　Ａｒｅａ　ｏｎ　Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｏｎｔａｃｔ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ　ＪＩＡＮＧ　Ｄｅ—ｚｈｉ　＇　，ＢＡＩ　Ｙａ—ｌｉｎ’＇　，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｅ　＇　，ＸＩＡＯ　Ｚａｉ—ｍｉｎ　，　，ＰＡＮＧ　Ｊｉｅ—ｌｉｎ‘＇　，ＬＩ　Ｈｏｎｇ－ｙｉｎ’’　（　．Ｇｕｉｌｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｔｆｃ　Ｒｅｓｅａｒｉｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｇｕｉｌｉｎ　５４１００￣　Ｃｈｉｎａ；２．Ｇｕｉｌｉｎ　Ｃｏｎｉｎｓｔ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｇｕｉｌｉｎ　５４１００４，Ｃｈｉｎａ１　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｈａｐｅｓ　ｗｉｔｈ　ｓｔｒｉｐｅｓ　ａｎｄ　ｄｏｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｃａｒｒｉｅｒｓ　ｈａｖｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｆｏｒ　ＡｇＣ　ｃｏｎｔａｃｔ　ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｗｅｌｄｉｎｇ　ａｒｅａ，ｗｅｌｄｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ａｐｐｅａｒａｎｃｅ　ｑｕａｌｉｔ），ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｅｄ，ｂａｓｅ　ｏｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｄｏｔ　ｓｈａｐｅ　ｎｅｅｄｓ　ｌｏｗｅｒ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｃｕｒｒｅｎｔ，ａｎｄ　ｈａｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｌｅｓｓ　Ａｇ　ｏｖｅｒｆｌｏｗ，　ｂｕｔ　ｒｅｑｕｉｒｅｓ　ｍｏｒｅ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｔｈａｎ　ｓｔｒｉｐｅ．Ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　ｓｔｒｉｐｅ　ｓｈａｐｅ　ａｎｄ　ｄｏｔ　ｓｈａｐｅ　ｈａｖｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｎ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｗｅｌｄｉｎｇ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ａｒｅａ　ａｎｄ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｗｅｌｄｉｎｇ；ｃｏｎｔａｃｔ　ｅｌｅｍｅｎｔ；ＡｇＣ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｍａｔｅｒｉａｌ　１　引言　触头是电器开关、仪器仪表的核心部件，起接　通、承载、断开电路的作用。触头在装入电器前，必　须与触桥连接，以触头元件形式装入电器中，触头　因此，了解影响电阻焊接产品质量的因素，对焊接　触头元件加工及质量控制尤为重要。　电阻焊接是将被焊工件压紧于两电极之间，并　施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产　生的热量将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金　与触桥的连接质量影响着电器使用寿命以及电器　各项性能。　目前，触头与触桥连接的方法主要有电阻焊　接、感应焊接、铆接等，其中电阻焊接工艺因其热效　属结合的一种方法。按工艺特点分有点焊、凸焊、　缝焊、对焊４种，触头焊接通常使用点焊及凸焊，而　凸焊是点焊的一种变型。　图ｌ为点焊示意图，图２为凸焊示意图…。点焊　与凸焊的区别主要体现在焊接接触面接触形式的　不同。本试验研究的触桥焊接区形状对产品质量　率高、焊接质量好、易于实现自动化等特点，在触头　焊接，特别是小规格触头焊接工艺中被广泛应用。　作者简介：蒋德志（１９８０～），男（汉族），广西桂林人，工程师，主要从　事低压触头材料研究及生产工艺管理。　收稿日期：２０１５　０５．１２　的影响，即比较焊接接触面不同接触形式对焊接产　品质量的影响。　１２　蒋德志等：触桥焊接区形状对触头元件焊接质量的影响　电工材料　２０１５　Ｎｏ．４　图１点焊示意图　—１　｝　～；ｌ　　图２凸焊示意图　２试验　２．１试验材料　本试验所用触头材料为ＡｇＣ。焊接层为通过　特殊工艺制备的纯Ａｇ层，其厚度约为０．１　ｍｍ，表面　为平面；触桥为紫铜材质，试验材料性能见表ｌ。图　３为触头材料的金相组织。　表１试验材料性能　材料　ＡｇＣ　紫铜　厚度／ｍｍ　０．６　１．２　密度／（￣ｃｍ　）　９＿３　８．９６　硬度ＨＶ　６０　ｌ１５　熔点／＊Ｃ　９６０　ｌ０８３　电阻－￣／（ｏ．ｏ・ＣｌＴＩ）　２．１０　１．６７　热导率／（Ｗ／（ｍ・Ｋ））　３９３．５　图３　ＡｇＣ金相组织图　试验对比的触桥焊接区形状如图４、图５所示，　图４为条纹状，图５为均布的点状。　图４条纹状　匕二二　图５点状　２．２焊接工艺　使用某型号单相交流电阻焊机进行电阻焊接，　气动控制焊接压力。焊接用电极为金属电极，由于　触头焊接层为纯银材料，而触桥为紫铜，皆为低电　阻、不易发热且散热快的材料，根据实践经验及电　阻焊接原理，为获得好的焊接质量，试验使用了电　阻大的电极材料。　大电阻电极材料在利于焊接的同时，也会导致　触桥受热软化严重，这对触头元件的使用不利。基　于实际焊接经验，本试验选择短时间大电流的焊接　参数，在保证焊接质量的前提下，尽可能减少对触　桥硬度的影响。　２．３测试方法　比较条纹状与点状这两种焊接区形状在满足　焊接质量要求的前提下所使用的焊接工艺参数，分　析不同焊接区形状对焊接工艺参数选择的影响。　使用硬度计测量焊接前后ＡｇＣ材料表面、触桥　焊接区的硬度，比较两种焊接区形状对触头、触桥　硬度的影响。　采用金相图像分析系统观察焊接面结合情况，　并采用以线代面的方式判断焊接面积大小　，对比　两种焊接区形状对焊接面积的影响。　采用数显式推拉力计对两种焊接区形状的焊　接样品进行剪切力检测，获取剪切力数据，以此判　断焊接强度是否符合要求（该款产品要求剪切力值　≥４００　Ｎ），图６为剪切力检测示意图。采用金相图　电工材料　２０１　５　Ｎｏ．４　蒋德志等：触桥焊接区形状对触头元件焊接质量的影响　１３　象分析系统观察对比剪切位置对剪切力的影响。　剪　具　图６剪切力检测示意图　使用数码显微镜，在５０倍条件下拍照对比焊接　样品的外观，比较两种焊接区形状对焊接面溢出的　影响。　３结果及分析　３．１焊接区不同形状对主要的焊接工艺参数选择　的影响　表２为焊接区两种形状的产品在满足焊接质量　要求的前提下，所采用的主要焊接工艺参数，其焊　接时间相同，但条纹状产品所需要的焊接电流更　大。造成这一现象的原因，一方面是在焊接过程　中，条纹状产品需要被填充的焊接缝隙更大，要保　证焊接结合面无“孔洞”，需要更大的焊接电流，以　使焊接层在短时间内产生足够填满条纹凹部的熔　化料；另一方面，点状产品焊接区部位与触头接触　为“十”字形的线接触，即触头横、纵方向都与触桥　呈现线接触的形式，而条纹状产品焊接区部位与触　头只在一个方向上表现为线接触，因此二者在接触　形式上有所不同。焊接时，线接触部位的电流密度　大，能更快地被加热、变形和熔化而形成熔核，同　时，“十”字形的线接触，使触头焊接面能更均匀地　被加热，因此可以在更小的电流条件下获得好的焊　接质量。　表２焊接区两种形状产品主要焊接工艺参数　焊接区形状　焊接时间／周波　焊接电流／Ａ　条纹状　４　７７００　点状　４　６１００　３．２焊接区不同形状对触头、触桥硬度的影响　表３为两种形状产品焊接前后触头、触桥硬度　值，为便于比较，表３中每个平均值由９／ｉ＇－检测数据　计算得到。触头、触桥的硬度在一定程度上影响着　开关电器电气性能及使用寿命，特别是触桥硬度的　降低，会导致触头元件强度低，易变形，影响到电器　的装配及使用，因此，在保证焊接质量的前提下，焊　接元件在焊接后的硬度不能降低过多。　表３　两种形状的产品焊接前后硬度检测数据平均值　检测区　形状　焊前／ＨＶ　焊后／Ｈｖ　条纹状　５９．５　４７．４　ＡｇＣ表面　点状　５９．５　４９．５　条纹状　ｌ０９．３　６３．５　触桥焊接区　点状　ｌｌ２．６　５７．４　对比两种形状产品焊接前后触头硬度数据，考　虑到每片触头材料实际硬度可能存在的差别，焊接　区形状对触头硬度的影响并没有明显区别，焊接后　触头硬度降幅基本一致。　对触桥焊接区硬度的影响，两种形状的产品既　有一致性，也有一定的差异。一致性体现在试品触　桥均为紫铜材料，受热后，二者都比较容易发生软　化，硬度变化大。二者差异体现在点状产品触桥焊　接区硬度变化比条纹状产品的大，这主要是由于焊　接时，点状产品为“十”字形的线接触，其焊接受热　面积更大，瞬间发热时，更容易使触桥焊接区受热　软化。　３－３焊接区不同形状对焊接面积的影响　图７、图８为两种焊接区形状产品的典型金相组　织。由图７、图８可以看出，在确定的焊接工艺条件　下，两种焊接区形状的焊接面基本闭合，满足焊接　元件对焊接面积的要求。点状产品偶有在焊接面　边缘有未闭合现象，未闭合区域低于１０％，这主要　是因为点状产品在焊接时，容易出现熔化料“飞溅”　现象，为避免出现熔化料“飞溅”而调节了焊接工　艺，使熔化料量减少，但这会导致焊缝难以被完全　填充。通常焊接面积能够达到８５％以上，对触头的　使用不会产生明显影响，因此，点状焊接面未闭合　的现象属可接受范围。　３．４焊接区不同形状对焊接强度的影响　表４为两种焊接区形状产品的剪切力。由表４　２０　王金辉等：４０．５　ｋＶ真空断路器开合并联电容器组产生过电压的仿真分析　电工材料　２０１　５　Ｎｏ．４　路器是保证并联电容器组无功功率补偿系统安全　的关键措施。　参考文献：　［１】钱家骊，张节容，吉嘉琴，等．高压开关开合电容电流和小电感电　流［Ｍ】．北京：中国电力出版社，１９９９．　与对策［Ｊ］．高压电器，２００３，３９（５）：４４．４６．　［８】钟业丞．真空断路器切除电容器组的两相重燃仿真［Ｊ］．电力科学　与工程，２０１　１，２７（１０）：３７—４１．　［９］杨立学．机械特性对真空断路器投切电容器组性能的影响及改　良［Ｄ］．成都：电子科技大学，２００５：１－８．　【ｌＯ］付文光．真空断路器开断电抗器和电容器的过电压试验研究　［Ｄ］．北京：华北电力大学，２０１　ｌ：１—５．　［２】杜斌，赵峰，高亚栋，等．１０ｋＶ系统中切除并联电容器时的重燃过　电压研究［Ｊ］．高压电器，２００４，４０（４）：２５５—２５８．　［１１］李电．真空断路器投切电容器组早期重击穿率的研究［Ｊ］．高电　压技术，２００２，２８（９）：２２—２３．　［３】丁富华，段雄英，邹积岩．基于同步真空断路器的智能无功补偿　装置［Ｊ］．中国电机工程学报，２００５，２５（６）：３０—３５．　［１２】段雄英，邹积岩，顾丕骥，等．相控真空断路器同步关合电容器组　的研究［Ｊ］．高压电器，２００３，３９（４）：２８．３０．　［４］席世友．真空断路器电容器回路故障原因分析［Ｊ】．高压电器，　２０１０，４６（５）：６５—６９．　［１３］张华赢，杨兰均，李良书，等．投切电容器组专用真空断路器性能　研究［Ｊ］．电力电容器与无功补偿，２０１　１，３２（３）：３８—４４．　［１４］游一民，陈德桂，张银昌，等．真空断路器关合速度与预击穿对同　［５］段雄英，廖敏夫，丁富华，等．基于真空断路器的并联电容器组相　控投切装置［Ｊ］．电工技术学报，２００７，２２（１０）：７８—８４．　【６】林莘．现代高压电器技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００２．　【７］李电，金百荣，洪金琪，等．真空断路器投切电容器组性能的现状　步关合的影响研究［Ｊ］ｌ电工技术学报，２００４，１９（７）：８５－８９．　【１５】徐国政，张节容，钱家骊，等．高压电器原理及应用［Ｍ］．北京：清华　大学出版社，２０００．　（上接第１４页）　艺参数的选择。通过对确定的焊接工艺参数进行　对比，在相同焊接时间条件下，点状产品所需要的　焊接电流更低。　（２）焊接区不同形状对触头硬度的影响没有明　显差别，但对触桥硬度有一定的影响，且点状产品　的变化比条纹状产品大；焊接区不同形状对焊接面　积及焊接强度的影响不明显，剪切力数据的波动与　剪切位置有关联。　图１３焊接面未闭合金相　（３）从焊接溢出外观比较，点状产品的溢出料　可以做到更小，不容易出现溢出料大量堆积的现　点状产品在焊接时。凹坑是相对独立的空间，　熔化料流人凹坑中，没有渠道允许熔化料继续流至　象，但同时也容易造成过多的熔化料在焊接时“飞　溅”至触桥侧面，因而需要更精确的控制工艺参数。　（４）不同的焊接区形状表现出不同的焊接面接　触形式，进而影响焊接过程中工艺参数的选择及控　触桥侧面，因此溢出量较小；但另一方面，由于没有　给溢出料一个顺畅流动的渠道，如果不能稳定控制　相关参数，当焊接面熔化料多于凹坑能容纳的量　时，就会产生熔化料“飞溅”现象，侧面会有不规则　的溢出料存在。因此，对于点状的产品，需要更精　确、更稳定的控制焊接参数，才能获得较好的焊接　外观质量。　制，并最终影响产品的质量。实际生产中，需要技　术人员综合考虑设备特点、材料特性及加工难度，　采用合适的焊接区形状来获得满意的焊接质量。　参考文献：　［１］陈祝年．焊接工程师手册［Ｍ】．机械工业出版社，２００９：４６９—４７７．　［２】杨庆华，王颖，范建明．焊接触头各种检测方法的分析与比较［Ｊ］　机床电器，２００１（５）：７－９．　４结论　（１）焊接接触面接触形式的差异影响着焊接工