探究焊接组装工装在生产实践中的设计与应用

王精莉

（西安伟京电子制造有限公司，陕西 西安 710000）

0 引言

随着焊接技术的不断完善，电路板组装生产对焊接技术的质量要求也逐渐提高，为了确保焊接质量，提高组装生产效率，焊接人员需要合理应用焊接工装夹具[1]。近年来，焊接工装夹具的标准化生产和精密化组合，使其被广泛应用在了生产实践中，这表示焊接工装夹具具有十分广阔的发展空间，且能够推电子生产行业发展。

1 焊接工装夹具应用作用及技术特点

1.1 焊接工装夹具应用作用

1.1.1 确保元器件及引线的贴装精度

在电路板生产组装过程中，焊接元器件的步骤为涂覆焊料，贴装元器件然后焊接，涂覆焊料的精度要与元件精度完全匹配才能确保元件焊接质量。焊料一般为焊锡膏，焊料片等焊接材料。在使用焊料片的焊接方式中，工装能够快速、准确将焊接元器件放置在焊接位置上，在焊接过程中不会出现移位等，焊锡膏涂覆在贴装元件过程中通过相关计算机软件将元件焊接位置进行准确定位，将元件贴装在精确的位置上，贴装精度为后续元器件焊接奠定了良好的基础。引线焊接可通过人工整形后放置在焊接位置，实现自动焊接，整形后需要工装防止位置偏移，需要工装进行定位，因此焊接夹具设计的目的是为了满足元器件及引线焊接过程中的精准要求，可实现微电路模块在组装过程中质量和一致性的要求。

1.1.2 确保电路板组装过程中的焊接质量

在焊接过程中，电路板受到热应力及局部元件焊接面积差异而受热不均匀的影响，虽然焊接过程中，会根据焊料流动自对准，但元件也会因为焊料的流动及引线定位差异与实际位置形成偏差，进而对元器件的质量造成影响；而焊接工装夹具能够通过对元器件的定位和固定，计算出元器件焊接所需收缩余量，便于在设计和焊接过程中预留出相应的收缩余量，进而实现对焊接应力的有效控制，实现对局部热变形及冷变形方向的有效控制，合理规避元器件质量影响因素的不利影响，进而确保焊接质量。同时工装夹具在组装过程中能够提高效率，进而将更多的时间和精力放在焊接工装夹具应用性能提高及应用功能完善上，形成工装夹具应用的良性循环模式。

1.1.3 确保电路板组装效率

组装元器件密度越来越高，焊接难度越来越大，返工成本越来越高，甚至很多元件无法返工造成经济损失，通过焊接工装夹具及计算机软件辅助，在焊接过程中提高定位准确率和焊接质量，提高了一次通过率，避免返工及二次损伤，提高了焊接效率及可靠性，尤其是在军工等质量等级高的产品上，焊接次数限制，返工不被允许，提高焊接效率及可靠性尤为重要。工装夹具不仅还能够节约生产成本，进而提高生产企业生产经济效益。还能够规避人工操作带来的失误，提高产品一致性[2]。

1.2 焊接工装夹具应用特点

1.2.1 焊接准备工装的应用

在现阶段电路板及系统级产品组装生产过程中，工装夹具早已成为元器件不可分割的一部分，焊接过程中首先部分元器件及引线需要进行整形，传统的插件、贴装元件整形已经通过工装整形，提高了成型的一致性，自动化生产的现代电阻组装工艺中，一致性才能实现自动化生产，BGA等焊接密度高的元件需要植球、预搪锡等预处理以提高焊接焊点质量。再结合焊接过程中通过夹具和计算机软件的准确定位，高效地完成生产任务。

1.2.2 焊接工装应用过程

焊接工装应用的优点电路板焊接过程中，受热不均匀是造成质量问题的关键因素，在设计焊接工装时考虑到焊接过程定位、焊接的热传导及散热，才能对元器件进行保护。焊接过程中电路板上元件只有定位准备，元件需要焊盘及焊接面积匹配，容易发生偏移的元器件需要定位，焊接时电路板进入回流焊炉后无法调整焊接位置，因此更需要工装的合理散热与准确定位，确保焊接过程中夹具应用与电路板的匹配性。有效保护焊接元器件，避免损失。

2 焊接工装夹具在生产实践中的设计与应用方式

2.1 在消费电子大批量生产过程中的应用

随着时代发展，消费的民用电子更新换代原来越快，电子产品的组装速度最为重要，自动化的程度也越来越高，因此在生产过程中工装夹具的应用来提高组装焊接速度尤为重要。目前焊接技术已经实现了大规模的自动化生产，组装焊接工装在自动化生产中起到了决定性作用[3]。

2.2 在小批量多品种电路板生产中的应用

航天、航空等方面的军工电子类的特点是小批量多品种，高质量。在生产过程中根据客户需要进行设计生产，自动化的生产和检验不适合此类生产模式，但是小的工装能提高生产效率和质量，代替大量的人工成本，尤其是用自动焊接机器人代替传统的手工焊接，提高了产品的焊接一致性及人为因素造成的质量问题，降低生产成本。

3 计算机技术在焊接工装夹生产实践中的应用方式

3.1 计算机辅助技术在夹具设计中的应用

第一，通过计算机辅助技术，生产企业能够实现对焊接工装夹具规格的精细化调整，因此能够提高夹具设计的精确程度，避免夹具由于细微设计误差导致的设计失败，同时还能够降低设计成本，提高设计方案的可行性[4]。第二，通过计算机辅助技术，生产企业能够实现对焊接工装夹具应用流程的模拟，进而在模拟过程中及时发现夹具设计问题不足之处，以及实际焊接操作存在的应用误差，并且能够在软件内完成对夹具设计的定向调整，不断完善夹具的外形及各项参数；此外，还能够通过夹具应用流程模拟来满足业主对夹具设计的要求，通过模拟结果向业主进行夹具说明及展示。第三，通过计算机辅助技术，生产企业能够实现对焊接工装夹具设计的数据优化，将需要的相关参数输入到设计软件中，便能够有效控制夹具设计效果，同时实现对夹具的细节化调整。第四，通过计算机辅助技术，生产企业能够实现对焊接工装夹具设计各项因素的有效分析，精确夹具的设计周期较长，因为设计过程中需要考虑的因素较多，如结构因素、力学因素、热力因素等，通过软件实现分析能够避免开展物理实验。第五，计算机辅助技术在焊接工装夹具设计中的应用只是初级阶段，只有确保良好的夹具设计效果，才能够确保后续夹具应用质量。

3.2 计算机辅助技术在生产控制中的应用

第一，通过计算机辅助技术，生产企业能够实现对焊接工装夹具生产的精确控制，以此来确保夹具的应用效果和热应力的分析；在设计工装夹具的过程中，通常只会根据产品性能特点，达到焊接效果，未考虑到焊接过程中的热应力导致器件裂纹，产生失效等问题，设计工装能够反映焊接过程中温度变化，自动根据产品特点进行调整，形成标准的焊接参数。

第二，通过计算机辅助技术，生产企业能够实现对焊接工装夹具生产过程的有效控制，并且操作方式及过程的灵活程度也要高于人为控制，能够满足不同的夹具生产要求，切实提高了夹具生产质量和效率。第三，过计算机辅助技术，生产企业能够提高对焊接工装夹具生产技术的控制力度，更好的达到夹具生产标准，同时还能够为后续夹具应用提供清晰明确的应用标准及定向调整方式，进而达到预期夹具应用效果。第四，计算机辅助技术随着信息技术的发展在不断进步，其在焊接工装夹具生产中的应用能够推动夹具功能创新及完善，生产企业能够建立夹具生产系统，实现对夹具设计、生产、组合各项环节的有效整合，确保夹具生产流程的顺畅程度，实现各项信息的共享，提高设计及生产信息的应用率；同时还可以设置分阶段夹具生产模式，第一阶段为夹具设计系统的研发，第二阶段为夹具设计系统的应用及夹具生产，以第一阶段为基础，加上在第二阶段的应用实践，进一步完善，形成一个不断优化的良性循环[5]。

3.3 计算机辅助技术在夹具组合中的应用

第一，通过计算机辅助技术，生产企业能够更好地满足焊接工装夹具组合需求，机械装备生产所需的零部件不同，不同零部件生产所需要的夹具也同样不同，因此涉及到了夹具组合应用；而通过设计软件，能够直接对各种夹具组合方式进行模拟及调整，以此来满足不同夹具组合要求，实现对夹具组合效果的准确控制，进而高效完成夹具生产及组合任务。第二，通过计算机辅助技术，生产企业能够更加方便、快捷地开展焊接工装夹具组合操作，这是因为设计软件自身能够提供多种夹具组合方式，并且能够确保组合的合理性和科学性，使得设计人员无需自行分析夹具组合模式，但需要注意的是，现阶段夹具组合设计系统还有待进一步完善。第三，通过计算机辅助技术，生产企业能够实现对焊接工装夹具组合方案及流程的全面检查，能够检查夹具组合方案，确保组合可靠性；能够对夹具组合流程进行模拟，确保组合的可实践性；能够调整夹具组合数据，不断完善组合效果；能够输入夹具组合功能要求，设计并形成相应的组合方案。第四，目前，有限元技术在焊接工装夹具组合中开始得到了广泛应用，这是因为该技术能够有效综合及分析夹具组合影响因素，如加工因素、加热因素等，并且基于分析结果优化组合流程，不断优化组合效果。

4 结语

尽管我国的焊接工装夹具生产及应用水平近年来已经得到了大幅度提高，但是与发达国家相比依然存在一定差距。为了进一步提高焊接工装夹具生产实践中的应用质量，生产企业需要积极引进及学习先进焊接工装夹具生产技术，为其在电路板组装生产中的应用奠定技术基础，同时还需要结合电路板组装生产的实际要求，合理的设计并应用焊接工装夹具。