某温度保护器环氧泄漏问题分析与改进

阮国靖

(苏州中车氢能动力技术有限公司，江苏 苏州 215634)

温控器是一种可以根据工作环境的温度变化，在开关内部发生物理形变，从而产生某些特殊效应，产生导通或者断开动作的一系列自动控制元件温度保护器。本文所述某型号的温度保护器是用一种利用双金属片作为感温组件的温控器。当周围环境处于非动作温度时，双金属片为自由状态，触点处于闭合(或断开)状态；而当周围温度达到动作温度时，双金属片受热产生应力而迅速动作，同时打开(或闭合)触点，从而切断(或导通)电路，以此起到温控作用。而当周围温度冷却至产品的复位温度时，触点自动闭合(或打开)，温度保护器恢复正常工作状态。通过调整内部双金属片的压弯程度，从而可得到不同温度保护器的感温控温范围。

本文所讨论的某款型号的温度保护器在生产制造过程中需在外围覆盖一层环氧，以起到外围密封和防水作用。但是终端客户在使用过程中，经常会发现温度保护器动作/复位温度发生漂移。通过将客户端退回的不良产品放在X光内照射检验内部情况，发现双金属碟片表面覆盖有异物；通过解剖产品，最终确认双金属片表面覆盖有环氧(见图1)。金属片表面粘有环氧，导致双金属片粘贴在温度保护器内壁，无法随外部环境变化发生物理形变，进而会出现在客户端发生的温度漂移问题。下述从该型号的温度器流程出发，结合数据分析工具，从工艺性角度给出该温度保护器环氧泄漏的原因分析及解决方案。

图1 环氧泄漏产品

1 某型号温度保护器产品工艺流程简介

图2所示为该型号温度保护器的工艺流程图，从中可以看到，产品经过切割、焊接、双金属片放置、表盖热铆接成型后，需在其表面涂抹单组分环氧，经过烘箱110 ℃±10 ℃烘烤60 min；上述工序完成后，由于部分环氧上有气泡，产品需要进行返工(二次烘烤)；最后进行100%温度检查确认、折角、印字、沾锡、终检及最后的包装工序。

图2 温度保护器流程图

2 问题描述及优化分析

2.1 问题描述

不良产品在客户端是由于温度漂移而被发现的，而产品在制程内部需经过100%温度检测，是否因为产品经过二次温检后产品自身温度性能发生变化或者温检工序根本无法检测出有环氧泄漏产品。为验证该问题，笔者做了如下试验：从合格品中随机抽取30片产品，重复进行5次温检并记录温度数据。应用Minitab软件中重复性标准分布图(见图3)，其中P值为0.897，可以认为产品稳定性是符合要求的[1]，可以排除多次温检对产品温度的影响。但是将产品剥离后发现，其中6片产品碟片上沾有环氧，因此可以得出这样的结论：100%温检对温度保护器产品性能没有影响，但同时100%温检也不能筛选出因环氧泄漏从而导致客户端出现的不良品。

虽然环氧泄漏的不良品无法通过温度检测筛选出来，但环氧泄漏问题是生产过程的随机现象还是过程可控的。为解决该问题，笔者随机选取10组产品，每组20片产品，100%进行剥离，结果见表1。从表1中可以发现，每组都出现了不良品。但是从图4所示的P图和NP图可以看出，环氧泄漏产品是过程可控的[2]，不良率约为20%。但尽管如此，环氧泄漏产生的不良品以及因此引发客户端的不良影响依然存在，因此需要进一步查找该温度保护器环氧泄漏的根本原因并加以管控。

表1 随机抽取样品的泄漏数量

2.2 原因分析及相应优化措施

2.2.1 鱼骨图分析

利用鱼骨图[3]质量分析工具(见图5)，将可能跟环氧泄漏相关的人、机、料、法、环、测等生产六要素进行逐一排查。初步分析得出：原材料中的BASE尺寸、CAP尺寸以及环氧固化的温度，是该温度保护产品发生环氧泄漏的3个主要因子[4]。下述针对各个因子加以数据分析。

a) P图

b) NP图

图5 鱼骨分析图

2.2.2 CAP来料检查

选取CAP中的3个关键尺寸，每个尺寸随机测量30个产品并记录数据。应用Minitab软件进行稳定性数据分析[5]，结果发现所有尺寸的CPK值均大于1.33(见图6)，因此CAP尺寸可认为符合设计要求。

a) CAP关键尺寸示意图

b) 关键尺寸1 CPK图

c) 关键尺寸2 CPK图

d) 关键尺寸3 CPK图

2.2.3 BASE尺寸检查

选取BASE中8个关键尺寸，每个尺寸同样测量30个产品并记录数据。应用Minitab软件同样进行稳定性数据分析[6]，结果发现所有尺寸的CPK值同样大于1.33，因此BASE尺寸也可认为符合设计要求。

2.2.4 环氧固化温度

根据上述工艺流程介绍可知，目前使用的双组分环氧的理论固化条件为110 ℃±10 ℃，实际生产过程中选取中心温度110 ℃进行烘烤固化。为验证不同温度对环氧泄漏的影响，在100～120℃温度范围内，区分10个组，每组100个样品，用不同温度烘烤固化后，然后100%进行剥离，检查并记录产品内部环氧泄漏情况，结果见表2。同时应用Minitab软件中的相关性曲线分析[7-8](见图7)，可以得出假设检验P=0<0.05。因此可以得出如下结论：该产品的环氧泄漏量与烘烤的温度线性相关[9-10]；且烘烤过程中环氧固化温度越低，出现环氧泄漏的产品量越少。

表2 不同温度环氧泄漏数量

图7 环氧泄漏量与烘烤温度关系

目前该型号产品使用的环氧固化最低温度要求为100 ℃，因此如果可以找到一种环氧，它的固化温度足够低，甚至是在室温条件以下，这样出现环氧泄漏的情况就会大幅降低，甚至为0。基于上述假设，笔者将目前所使用的单组分需要烘烤的环氧，替换为双组分自然固化的环氧(见图8)。通过实际对比验证可以看出，该型号的环氧泄漏PPM由原来的20 000直接降低为0，环氧泄漏问题得到有效解决。

图8 环氧切换示意图

3 结语

本文以某型号的温度保护器在客户端频繁发生温度漂移问题为研究对象，通过对不良品的X光检验及剥离分析，其内部环氧泄漏为终端不良产品温度漂移的主要原因。但合格产品的多次重复性数据验证得出，多次温度检验不影响产品温度性能，但同时也无法检测出环氧泄漏的不良品。为解决环氧泄漏的根本原因，利用鱼骨图工具分析生产六要素，得到环氧泄漏的3个关键因素；结合数据处理软件Minitab，分析得到其中2个因素：原材料关键尺寸的过程能力CPK满足设计要求。针对第3个因素——环氧固化温度，进一步利用相关性分析，得到环氧泄漏量与烘烤过程环境温度呈线性相关的结论。在此基础上，提出解决该温度保护器环氧泄漏的方案：即将产品表面原单组分需要高温固化环氧替换为双组分自然固化环氧。经过实际验证，该方案可有效解决该类型产品制程中环氧泄漏问题；同时也为其他同类型产品解决类似问题提供了相应的参考经验。