銅鋁接頭電阻焊中銅管縮口的工藝改進

申建軍

（寧波辰佳電器有限公司 浙江寧波 315336）

1 引言

制冷產品中的制冷系統一般由壓機、冷凝器、干燥過濾器、毛細管和蒸發器、回氣管等制冷零部件和管路零部件連接組成的。在生產過程中，需要將這些零部件的端口首尾連接裝配，形成即不堵塞又不泄漏的接頭，形成使制冷劑暢通無阻的內部潔凈的整體循環回路，這是決定制冷產品性能優劣的基礎。其中，管路管口之間的連接和焊接是產品的關鍵工藝環節。

目前，鋁管用作蒸發器管子已經較為普遍。由于蒸發器的兩端分別要和毛細管和壓機相連，毛細管和壓機上的出管是由銅材料制成（便于實施接頭的釬焊焊接），因此鋁制的蒸發器的兩端需要連接一段銅管來過渡，這段銅連接管分別與毛細管和壓機上回氣孔出管進行釬焊。實際產品中蒸發器鋁管的兩端與銅管連接后，一般采用電阻焊的工藝方法形成銅鋁接頭。

2 存在的問題

在銅鋁接頭的電阻焊中，銅管和鋁管的外徑是一樣的。一般的，鋁管的內外徑不變，將銅管的管端縮口，形成一段圓柱面和一段圓錐面，縮口部分的圓柱面外徑可以插入未縮口鋁管的內徑中。實施焊接時，先將待焊的銅管和鋁管的管端插在一起（見圖1），分別放置在預先制成的相距5～6mm的兩組焊接模具中，焊接模具即起到對焊接管子定位和夾持，又導電加熱形成電阻焊接。焊接時，兩組焊接模具帶著管子靠近（靠近的距離即焊接的長度），然后進行加熱，銅管的圓錐面和鋁管的接觸面熔化為一體，形成電阻焊焊接的銅鋁接頭。

對于銅連接管，每臺產品至少2根，從成本控制的經濟性考慮，只要其起到過渡連接作用又不使兩端的焊口相互影響就行，一般情況下都盡可能的短，尺寸在100mm左右。在使用縮口機對其縮口時，需先用手握住，再將管子伸進縮口機的孔口中進行縮口。見圖2（縮口機未畫出）。

由于管子比較短，手持的長度約在40～50mm，只有2～3個手指頭能夠握住。管子直徑較小，長度較短，手握用不上力；管子方向上，握持管子的空間方向與縮口機縮口的中心線不容易取得一致；縮口開始時的振動較大，縮口數量多的時候容易使操作者產生疲勞[1]。這些縮口操作中的不利因素都會對縮口質量造成影響，可能導致：（1）圓錐面徑向不連續光滑；（2）圓錐面軸向尺寸即縮口長度不一致；（3）圓錐面與管子的軸線不平行，縮口部分偏斜不對稱。見圖3（縮口缺陷）中的（1），（2）和（3）。其中（1）和（2）是正確的（左）和有缺陷的（右）的比較。

根據電阻焊原理，只有鋁管和銅管充分均勻接觸，電流通過時，才能夠在接觸面間產生足夠的熱量熔化銅鋁材料，焊出良好的接口。因此縮口外形上的質量問題會導致和鋁管內徑的接觸不充分，不連續或不均勻，從而影響焊接質量，如產生焊口泄漏等。

圖1 焊接示意圖

圖2 縮口示意圖

圖3 縮口對比圖

圖4 管端縮口工裝分解圖

圖5 改進后的操作示意圖

圖6 使用工裝后同樣銅管的縮口效果

3 工藝改進

以上問題中，縮口的圓錐面與管子的軸線不平行對于電阻焊接質量的影響是最大的。在實際操作時，要保證縮口部分與縮口機縮口軸線一致，僅用手工靠目測也很難做到。全面解決以上問題，要進行工藝的改進，設計并制作合理、合適、合用的輔助工裝，借助于工裝來保證縮口質量。

這個工裝主要要考慮到以下幾點：

（1）通過精確可靠的導向保證被縮口管子的中心線與縮口機縮口軸線一致。

（2）設計一個合適的把手，即能夠套持住管子，又要與管子的軸線一致，即把手在導向套中也要被定位。

（3）這個把手有合適的直徑和外形，用手握起來較舒適，能夠用上力[2]。

經過設計、試制、試驗和改進，我們制作了如圖4所示的管端縮口工裝。

圖4為分解圖。輔助縮口工裝由導向套和把手兩個零件組成。導向套通過其上的圓柱定位與縮口機內軸線保持一致，使用原螺釘固定在縮口機上；導向套中心孔中插入管子，導向套中心孔的內徑與管子的外徑為間隙配合，最大間隙0.12mm，最小間隙0.08mm，保證管子在導向套中順利進出，同時又不至于松動；把手前端的外表面可以伸入導向套內，與導向套內徑配合間隙0.06～0.08mm，起到定位作用；把手前端的圓錐形孔，可以將管子的外徑局部套牢；把手的部分直徑20mm，長度120mm，用手可以比較舒適和可靠握住。見圖5。

圖5為改進后的操作示意圖。操作時，先將管子插入導向套中，然后用把手頂住管子向前推，把手的頭部進入導向套中被定位，停留3秒鐘，撤開把手，取出管子即可。

4 改進效果

通過實際使用證明，這是一個操作者樂于接受的、實用有效的改進。借助于這套工裝，銅管縮口外形質量顯著提高，操作者也減輕了勞動疲勞強度；改進后的生產節拍沒有延長，還是5秒鐘左右，平均每分鐘12根，達到了預期改進目標。圖6為使用工裝后同樣銅管的縮口效果。

5 結論

通過對銅管縮口工藝改進的實踐，至少可以得到以下幾點結論：

（1）此改進有效解決了被縮口管子的中心線與縮口機縮口中心線一致性的問題，比起僅手工的縮口，管子的空間方向由工裝保證，得到的結果的一致性和可靠性都在工裝的精度范圍內。在大批量生產中，一致性和可靠性的問題還是需要研制工裝解決。

（2）利用專用輔助工裝來“套持”被縮口管子，改善了人手直接握持直徑較小長度較短的管子的困難狀況，更符合人機工程要求。操作者也樂于接受這樣方式，有效保障了管子縮口的有效長度和表面光滑性。

（3）由于管子縮口的規范，為銅鋁接頭的電阻焊接打下良好基礎。在實際中，銅鋁接頭的電阻焊接的焊漏率下降了8%左右。

（4）這一工裝為實現縮口的自動化打下了基礎，可以進一步研發一種自動化的縮口設備，實現管子縮口的自動化，節省寶貴的人力資源。

（5）實際操作中，由于不同操作者的責任心和技能的不同，還會出現由于操作用力不夠和時間不夠導致降低實際效果的問題，還需要配合現場監督和對操作者的培訓。

[1]王東華,高天一.工業工程第一版.北京：清華大學出版社,北京交通大學出版社 2007,173

[2]成大先主編.機械設計手冊第三版.北京：化學工業出版社,2002,1-512