焊接凹坑的圍堤效應

■ 何煥洪

1. 概述

圖1所示的零部件，由方銅、圓銅和3根毛細管組合而成。方銅孔深6.3mm，圓銅厚度6.3mm，兩者壓裝后是等高平齊的。

圖 1

該零部件需要定位在12個工位的自動轉臺焊機上，完成火焰釬焊。加熱前在焊縫所在的焊接區域，用專用毛制筆涂抹焊劑，焊劑是干粉加水調配而成的粘狀物；在最后一個加熱工位 ，對焊縫實施填料送絲，焊絲是f1mm的銀焊絲。涂抹焊劑和填料送絲，原來是由兩名員工分別手工操作完成的，后經自動化改造，用兩臺機器人進行自動涂抹焊劑和自動送絲。

圖2所示為零部件在夾具上的擺放狀態（夾具略），整體傾斜15 °，在釬焊過程中，有利于高溫狀態下的焊劑和焊絲的流動、鋪展。

圖 2

2. 存在問題

自動化改造后，利用機器人完成自動涂抹焊劑和自動送絲，但是由于機器人缺少人的手感、力度和柔性，沒有人的視覺系統檢測，更沒有員工隨機處置的能力，所以改造后的前一時期， 該零部件的一次焊接合格率明顯低于員工的手工焊接。

方銅、圓銅、毛細管的焊縫、焊接區存在斷焊、缺焊，而非焊接區存在銀外溢現象，如圖3所示。零部件整體一次焊接不合格率有8% ，而且其中報廢產品比手工操作也增加不少。

3. 原因分析與解決措施

經過對整個焊接過程和所有零件的仔細觀察、分析，并通過一些方式方法驗證，機器人焊接合格率下降的主要原因在于以下方面。

第一，由于方銅、圓銅的表面過于光滑或其他原因，導致機器人涂抹到焊接區的粘狀焊劑，還沒有到達加熱工位，在焊劑表面張力和重力的作用下，沿著15°斜坡，大部分焊劑卷縮成滾珠狀，“滾”出焊接區域。

第二，即使焊接區保留了足夠的粘狀焊劑，零部件高溫加熱后，焊劑由粘狀轉變為無色透明的沸騰液體，重力作用下，也沿著15°斜坡，小珠狀焊劑很快蹦跳流出焊接區域。

以上兩點，使零部件焊縫缺少足夠的焊劑，有的焊縫甚至沒有焊劑，從而形成斷焊、缺焊等焊接不良。

第三，機器人在送絲過程中，由于諸多復雜的原因，如送絲點、焊絲彎曲、零部件定位、零件尺寸和送絲沖力等，致使高溫下的液態銀焊絲會過分溢出圓圈焊接區，導致圖3所示的非焊接區銀外溢。

為了減少斷焊、缺焊等缺陷，操作員工往往會選擇提高加熱溫度，造成有的零部件表面燒傷，直接導致報廢產品的增加。

基于以上三個原因，在手工焊接中也是同樣存在的，但是員工通過手感和眼睛觀察，根據經驗，可以當場發現焊接不良，立即第二次補充送絲，從而彌補和穩定了焊接質量。

圖 3

圖 4

針對焊接區域留不住焊劑和銀外溢現象，筆者提出一個有效的改進措施，即將圓銅厚度減薄0.3mm，如圖4所示。圓銅減薄0.3mm，相當于形成深度0.3mm的焊接凹坑，一方面能夠更多、更好地容留、吸附、堆積 、聚攏焊劑，使方銅、圓銅、毛細管裝配形成的待焊區滲透、浸潤、充滿高溫液態焊劑，使凹坑區內的焊劑不再容易流失，很好地改善了焊接條件，大大提高焊絲流動性，明顯提升方銅、圓銅、毛細管一次焊接合格率。另一方面深度0.3mm的焊接凹坑，周邊就是相當于高度0.3mm的圍堤，形成圍堤效應，液態焊劑、焊絲被關在堤內，并得到充分鋪展。因此在一定程度上，圍堤能夠有效阻礙、擋住、防止銀焊絲外溢，減少了焊接不良。

4. 結語

焊接凹坑的圍堤效應，立竿見影，零部件整體的一次焊接不合格率從8%下降至3.5%，焊接質量持平甚至優于手工焊接。

圓銅減薄0.3mm后，不但機器人焊接的產品質量得到保證，而且由于年產量十分巨大，單是銅材料每年就可節省十幾萬元，焊劑節省10%，銀焊絲消耗量下降6%，所以每年可以節省成本10萬元，為公司帶來了明顯的經濟效益。