焊接凹坑的围堤效应

■ 何焕洪

1. 概述

图1所示的零部件，由方铜、圆铜和3根毛细管组合而成。方铜孔深6.3mm，圆铜厚度6.3mm，两者压装后是等高平齐的。

图 1

该零部件需要定位在12个工位的自动转台焊机上，完成火焰钎焊。加热前在焊缝所在的焊接区域，用专用毛制笔涂抹焊剂，焊剂是干粉加水调配而成的粘状物；在最后一个加热工位 ，对焊缝实施填料送丝，焊丝是f1mm的银焊丝。涂抹焊剂和填料送丝，原来是由两名员工分别手工操作完成的，后经自动化改造，用两台机器人进行自动涂抹焊剂和自动送丝。

图2所示为零部件在夹具上的摆放状态（夹具略），整体倾斜15 °，在钎焊过程中，有利于高温状态下的焊剂和焊丝的流动、铺展。

图 2

2. 存在问题

自动化改造后，利用机器人完成自动涂抹焊剂和自动送丝，但是由于机器人缺少人的手感、力度和柔性，没有人的视觉系统检测，更没有员工随机处置的能力，所以改造后的前一时期， 该零部件的一次焊接合格率明显低于员工的手工焊接。

方铜、圆铜、毛细管的焊缝、焊接区存在断焊、缺焊，而非焊接区存在银外溢现象，如图3所示。零部件整体一次焊接不合格率有8% ，而且其中报废产品比手工操作也增加不少。

3. 原因分析与解决措施

经过对整个焊接过程和所有零件的仔细观察、分析，并通过一些方式方法验证，机器人焊接合格率下降的主要原因在于以下方面。

第一，由于方铜、圆铜的表面过于光滑或其他原因，导致机器人涂抹到焊接区的粘状焊剂，还没有到达加热工位，在焊剂表面张力和重力的作用下，沿着15°斜坡，大部分焊剂卷缩成滚珠状，“滚”出焊接区域。

第二，即使焊接区保留了足够的粘状焊剂，零部件高温加热后，焊剂由粘状转变为无色透明的沸腾液体，重力作用下，也沿着15°斜坡，小珠状焊剂很快蹦跳流出焊接区域。

以上两点，使零部件焊缝缺少足够的焊剂，有的焊缝甚至没有焊剂，从而形成断焊、缺焊等焊接不良。

第三，机器人在送丝过程中，由于诸多复杂的原因，如送丝点、焊丝弯曲、零部件定位、零件尺寸和送丝冲力等，致使高温下的液态银焊丝会过分溢出圆圈焊接区，导致图3所示的非焊接区银外溢。

为了减少断焊、缺焊等缺陷，操作员工往往会选择提高加热温度，造成有的零部件表面烧伤，直接导致报废产品的增加。

基于以上三个原因，在手工焊接中也是同样存在的，但是员工通过手感和眼睛观察，根据经验，可以当场发现焊接不良，立即第二次补充送丝，从而弥补和稳定了焊接质量。

图 3

图 4

针对焊接区域留不住焊剂和银外溢现象，笔者提出一个有效的改进措施，即将圆铜厚度减薄0.3mm，如图4所示。圆铜减薄0.3mm，相当于形成深度0.3mm的焊接凹坑，一方面能够更多、更好地容留、吸附、堆积 、聚拢焊剂，使方铜、圆铜、毛细管装配形成的待焊区渗透、浸润、充满高温液态焊剂，使凹坑区内的焊剂不再容易流失，很好地改善了焊接条件，大大提高焊丝流动性，明显提升方铜、圆铜、毛细管一次焊接合格率。另一方面深度0.3mm的焊接凹坑，周边就是相当于高度0.3mm的围堤，形成围堤效应，液态焊剂、焊丝被关在堤内，并得到充分铺展。因此在一定程度上，围堤能够有效阻碍、挡住、防止银焊丝外溢，减少了焊接不良。

4. 结语

焊接凹坑的围堤效应，立竿见影，零部件整体的一次焊接不合格率从8%下降至3.5%，焊接质量持平甚至优于手工焊接。

圆铜减薄0.3mm后，不但机器人焊接的产品质量得到保证，而且由于年产量十分巨大，单是铜材料每年就可节省十几万元，焊剂节省10%，银焊丝消耗量下降6%，所以每年可以节省成本10万元，为公司带来了明显的经济效益。