继电器电阻点焊飞溅物控制研究

继电器电阻点焊飞溅物控制研究

魏 增

中国电子科技集团公司第十八研究所 天津 300384

摘要：随着我国科技、经济的持续发展，已经全面迈入了电子信息时代，而继电器作为不可或缺的自动控制元件，其占据着举足轻重的地位。继电器的输入与输出部分都是利用了高导材质铜合金材料，属于薄壁构件，所以电阻点焊在其中得到了十分广泛的应用。铜合金的显著特性即是导热性、导电性良好，所以点焊焊接时对焊接参数、影响因素的变化十分敏感，也就导致点焊质量的不稳定，

所以研究电阻点焊过程控制是解决这一问题的关键所在。此外，继电器之所以被广泛应用于高性能元件，究其根本使其可靠性良好，而飞溅物则是影响可靠性的重要因素。基于此，本文针对继电器电阻点焊的飞溅物控制进行了控制，以期提升继电器可靠性，为相关人员提供一点参考。
关键词：继电器；铜合金；电阻点焊；飞溅物控制

引言：继电器电阻点焊飞溅物是十分常见的现象，属于频发性问题，会导致触点短路、击穿等问题，从而引发继电器的实效。对于继电器组件以及零件的电阻电焊而言，产生的飞溅物就会形成金属多余物。在实际的点焊过程中，熔核本身是封闭的，所以无法通过观察来观察熔核内部，并且点焊过程是瞬时完成的，所以点焊过程中不可见性、瞬时性特点是引发问题的关键问题。随着技术的持续进步，数学模型模拟、分析电阻点焊过程的研究备受关注，成为了主流的研究方式，且得到了广泛的应用。

1 继电器电阻点焊飞溅物产生机理

就电阻点焊而言，其工艺相对复杂，点焊质量的影响因素较多，包括点焊参数、焊件材料、尺寸、工装定位方式等，从不同时期的飞溅来看可以划分为两个类型，分别是初期飞溅与后期飞溅。

首先，就初期飞溅而言，处在融化焊接前，电极与焊件和焊件与焊件接触面过热就会影响点焊接头形成，从而产生外部飞溅，这一飞溅主要影响的是焊件的外观，会形成明显的疤痕，从而影响耐腐蚀性以及疲劳性能^[1]。此外，如果焊件表面焊接过程中清理不彻底、接触面压强分布不均匀，都会造成局部的电流过大，从而引发初期飞溅。

其次，就后期飞溅而言，是处在被焊金属融化过程之后。点焊加热时，被焊金属焊接处逐渐融化为液体，金属也就随之膨胀，而产生的应力就会推动电极的上下移动，也就降低了焊接压力，如果焊接区不能及时扩大，就会导致加热温度急剧上升，液化的金属不能四处流动，形成的塑性环将其封闭起来，内部压力就会逐渐提高，而塑性环不是均匀分布的，一旦压力超过其承载力，就会导致金属液体的喷溅，也就形成了电阻点焊的后期飞溅。

2 继电器电阻点焊中飞溅物的控制

随着我国工业迅猛发展，自动化水平不断提高，而对自动化工作的可靠性也就提出了更高的要求，不仅影响着生产效率与生产质量，更关系着生产设备、操作人员的人员安全，而继电器作为其中不可或缺的转换元件，在自动化控制系统中的应用十分广泛，所以可靠性对于控制系统也就至关重要。继电器多余物是影响可靠性的关键因素，多余物在继电器中自由活动，一旦进入继电器驱动部位，就会导致继电器动作受阻影响正常工作，而一旦进入触电，非金属多余物会造成触电不通、电阻增大等现象，而金属多余物就会导致触点短路，都存在较大的潜在隐患，所以必须要最大限度地控制点焊中的飞溅物，从而减少多余物带来的隐患。

2.1 电阻点焊产生飞溅物的原因与控制

点焊是一个多因素、多重的复杂工艺，影响飞溅的因素角度，主要包括材料本身性质、材料表面状态、点焊接头设计、焊接工艺参数等。

2.1.1材料表面状态

铜合金电阻率低、导热性良好，产热难但散热容易，而组件本身电阻、两组间和电极的接触电阻就是点焊热源的来源。所以点焊铜合金时，接触电阻对于焊接热的产生尤为关键，也就决定了表面形态的重要性。

如果焊件表面存在水分、油污、氧化膜等赃物时，这些物质就会导致焊接接触触点减少，而电流密度就会随之增大，通电瞬间就会产生初期的飞溅，针对这一飞溅，应在焊接开始前，针对元件表面进行彻底的清理，将水分、氧化膜、锈蚀等杂质逐一清理，并确保焊接元件表面的平行度、尺寸公差，使表面状态符合焊接要求，也就增加了点焊焊接的触电，自然电流密度随之降低，也就起到了良好的焊接效果，保障了其形状完整、表面光洁^[2]。

2.1.2 点焊接头设计

焊点中心距离边缘最小的距离即最小边距如果设计过小，就会导致点焊过程中包不住融合而导致飞溅。所以应充分结合材料本身性能的不同，设计合理化的最小边距，针对热强性好的材料，选择相对较小的边距。

2.1.3 焊接电流与时间

点焊热源是由焊接区电阻产生的电阻热，结合焦耳定律可以得出以下公式：Q=0.24I²Rt，由此可知，焊接区的热量与电流、电阻与时间都是成正比关系的。在其他参数不变的条件下，如果电流小于某值，熔核无法形成，而超过此值后，电流增加熔核就会快速增长，焊点强度随之提高。而后因为散热量增大，融合增长速度变换，焊点强度增加缓慢，但如果进一步提高电流，就会引发金属过热，从而引发喷溅，并且电流过大也会导致金属液化，从而因体积膨胀而产生内压力，也就产生了后期的喷溅，使接头性能下降，所以为了避免因电流产生的飞溅，应针对实际情况选择适中的电流进行焊接。

2.1.4 焊接压力

电极力不会直接影响点焊，但却和电阻大小息息相关，也就和点焊热量的多少有着间接联系，同时也会影响焊件向电极的散热。如果电极力较小、电阻就会较大，而热量产生较多但散热效果较差，所以就会造成前期的喷溅；如果电极力较大，就会导致电阻较小，产生的热量少但散热却较为良好，就会影响点焊的效率与质量，影响接头性能。因此，所以应选择最佳的电极压力，从而即保障点焊质量又避免飞溅物的产生。此外，则是焊接前施加一定的预压力，使焊件完全闭合，电阻均匀分布，从而形成接触良好的导电通路，从而保障电阻点焊的稳定性，有效地减少喷溅。

2.1.5 焊接时间

通电时间长焊接热量大，和焊接电流的机理是相同的，通电时间过长就会导致金属过热，同样会导致金属融化从而冲破塑性环而产生飞溅^[3]。因此，在实际的电阻点焊过程中，应秉持着短时间、大电流的焊接原则，从而最大限度避免飞溅。

2.2 数值模拟在控制电阻点焊飞溅物中的应用

电阻点焊产生的问题和焊接机理息息相关，要想从本质上解决问题，就需要从点焊过程机理入手，通过数值模拟的方法，着重分析铜合金点焊过程中温度场分布、塑性环成长过程和影响因素来控制飞溅。通过数值模拟出实际的点焊过程中的各个参数变化，模拟结果可知熔核成长速度与塑性环成长速度有着密切相连的关系，可以通过焊接电流、电极压力等参数控制来减少飞溅，避免因加热过快、热量过大而产生内部的喷溅。

结束语：综上所述，继电器是主要的电子元件之一，对于现今的社会发挥的作用越来越凸显，而电阻点焊飞溅物一直是制约继电器质量的主要因素，所以对飞溅物的控制至关重要，应从焊接机理入手，找准影响因素，针对性地进行控制，使各个要素合理化，从而保障整体的点焊质量与效率。

参考文献：

[1]王通. 继电器触点系统电阻点焊连接及耐久性研究[D].浙江工业大学，2018.

[2]韦明彰,唐宏基,王明文. 大功率继电器点焊仿真分析与飞溅多余物控制技术[J]. 电焊机,2018,48(12):45-49.

[3]阮菊红,刘强. 继电器生产中点焊技术的应用[J]. 机电元件,2006,(04):26-29+32.

[4]曹彪,叶玮渊,黄增好,曾敏. 继电器引线的逆变电阻点焊质量智能监测[J]. 焊接学报,2006,(09):47-50+54+115.