關于電子雷管引火元件自動焊接檢測一體機的設計研究

＊李 偉

（晉能控股煤業(yè)集團有限公司化工廠 山西 037003）

引言

因為電子雷管是通過電子控制模塊實施管控的，所以對它的精確性、穩(wěn)定性和安全性要求均比較高，被廣泛應用于爆破領域。不過，現(xiàn)階段電子雷管在生產過程中還存在一些問題，如效率不高、產量較少、發(fā)展緩慢等。目前造成電子雷管生產效率低的主要原因是引火元件的生產效率較低和檢測效率較低。因為引火元件的藥頭和控制模塊焊接、腳線和控制模塊焊接的生產技術比較高，而人工生產水平較低，根本達不到生產要求，所以使得電子雷管生產效率非常低。為有效地解決上述問題，研發(fā)部門研發(fā)了一款能夠自動焊接和檢測的設備，即電子雷管引火元件自動焊接檢測一體機。其不僅能夠同時焊接藥頭和控制模塊、腳線和控制模塊的四個部位，而且可以同時檢測10發(fā)引火元件，這就為電子雷管高效生產帶來了積極的作用。

1.電子雷管生產線的結構

(1)電子雷管裝配結構

電子雷管裝配由九個環(huán)節(jié)組成：①電子延期模塊，是指從暫存間送至排模工位處，當排模完成再運到焊接處；②腳線排模，其是從暫存間送到排模工位處，當排模完成后再運到焊接處；③電子引火元件焊接，是指電子延期模塊傳到點焊處，以完成對焊與檢測；④電子引火元件排模，其主要是調節(jié)焊接之后的引火元件模具，將模具調節(jié)后再運到卡口編碼處；⑤雷管傳送，是指先從暫存間由人工分到裝配間，然后通過皮帶運到卡口編碼檢測處；⑥卡口編碼檢測，主要是指檢測引火元件與雷管，將它們運到卡口編碼檢測處利用檢測一體機實施檢測；⑦卸模裝箱，當卡口編碼檢測合格之后，再將電子雷管運到卸模裝箱處，以開展包裝，同時將使用說明書和雷管編碼規(guī)則說明一同放入箱內；⑧收集封箱，當裝箱完畢，就將其轉到人工處進行封箱和貼碼；⑨組批轉運，當封箱完畢就對電子雷管進行組批，最后轉到中轉庫中。

(2)電子雷管智能制造線結構

通常，電子雷管智能制造線結構由兩部分構成：一部分是電子引火元件焊接系統(tǒng)；另一部分是電子雷管裝配控制系統(tǒng)。電子引火元件焊接系統(tǒng)的運行過程包括六個步驟，即藥頭沖切、藥頭擺放、錫膏噴涂、藥頭焊接、自動排摸，以及藥頭芯片檢測。整個流程經工控機、運動控制卡與控制元件相連，進而管控各個步驟，達到自動焊接、自動檢測的效果，全面實現(xiàn)自動化運行。電子雷管裝配控制系統(tǒng)的運行過程主要包括七個步驟，即雷管分發(fā)、雷管取管、套雷管、卡口、藥管線卡打碼、線卡掃碼，以及檢測。

2.電子雷管引火元件生產過程中存在的安全隱患及常見的焊接問題

(1)電子雷管引火元件生產過程中存在的安全隱患

電子雷管的構成包括兩部分，即引火元件與基礎雷管。因為電子雷管具有特殊的性質，所以其在裝配過程中，存在很大的安全隱患。引火元件的結構包括腳線、電子芯片控制程序與引火藥頭。因為其具有易燃特點，所以對火焰、靜電、摩擦非常的敏感。對于基礎雷管來說，其結構包括黑索今、DDNP、延期元件，也具有易燃易爆的特點，因此對火焰、摩擦、靜電也非常的敏感。

(2)電子雷管引火元件常見的焊接問題

電子雷管引火元件的焊接過程非常復雜，經常會出現(xiàn)焊接短路的情況。雖然焊接短路問題屬于非接觸性危險隱患，不需要進行人機隔離，但是發(fā)生的頻率特別高，因此焊接人員必須注意此問題。另外，電子雷管引火元件在焊接過程中，經常出現(xiàn)氣壓不穩(wěn)的情況，一旦氣壓不穩(wěn)定就會影響焊錫噴涂的效果，進而影響焊接質量。其中，影響較大的兩個方面：一方面，氣壓不穩(wěn)定導致錫膏噴涂量較多，此情況會影響檢測的結果，使檢測結果為漏電，最終導致結果錯誤而無法使用。另一方面，氣壓不穩(wěn)定導致錫膏噴涂量過少，此情況會由于焊錫過少而造成芯片模塊和腳線焊接未到位，進而影響后面的工序，如套管、卡口等，同時還會引發(fā)質量不合格的隱患，給使用帶來很大的麻煩。

3.焊接檢測流程設計

目前，錫焊技術非常高效，具有焊接質量好、成本低、效率高的特點，因此其被廣泛應用。于是，在電子雷管引火元件焊接中，焊接人員也選用了錫焊技術，并根據(jù)控制模塊、腳線、藥頭等實際情況對錫焊形式進行調整。經過調整被采用的焊接形式如下：藥頭和控制模塊、腳線和控制模塊一共有四個焊點，為了提高生產效率，就改為兩個焊頭，并且每個焊頭均有兩個焊點。首先，把控制模塊、腳線、藥頭良好裝于模具中，設計為10發(fā)模組與10發(fā)腳線，將模具從氣缸放至焊接處，并良好固定。然后，自動剪切藥頭并檢測。如果有不合格的產品就剔除，再重新剪切，再次檢測，同時把檢測合格的藥頭放到焊接處，在此每10發(fā)產品展開焊接。兩個焊頭，可以焊接四個焊點。當焊接完畢，立即用冷卻設備展開冷卻，完成之后送到檢測處，以自動實施檢測。

4.電子雷管引火元件自動焊接檢測一體機的設計

(1)藥頭輸送、藥頭剪切及檢測

首先，藥頭輸送部分。藥頭輸送部分的組成包括：支撐部分、藥頭料盤、磁條收料盤、消磁機構，以及傳感器。其中，藥頭料盤設置于上料軸處、磁條收料盤設置于減速電機軸處。其操作流程為：把藥頭料盤的磁條拿出來，放在磁條收料盤當中。藥頭進給部分位于消磁裝置之后，其操作流程：藥頭鋼帶通過消磁區(qū)進入藥頭進給部分。其次，藥頭剪切及檢測部分。藥頭剪切及檢測的組成包括：送料軌道、上下切刀、傳感器、上下導向機構、沖切氣缸、進給部分、壓緊機構以及鋼帶。其運行過程：首先藥頭輸送部分把藥頭運至剪切處，這時沖切氣缸就會出來把藥頭切斷，然后檢測探頭會將切斷的藥頭壓于焊盤上，以檢測藥頭的電阻值，要是藥頭的電阻值不達標，檢測設備就會把藥頭剔除掉；如果藥頭的電阻值達標，藥頭轉移部分就會把藥頭運到焊接處。

(2)自動焊接夾具

自動焊接夾具主要由三部分構成，分別為底板、控制模組PCB夾具，以及腳線夾具，其定位主要通過定位銷實現(xiàn)。

(3)自動焊接部分

自動焊接部分主要由三部分構成，分別為上下運動部分、兩個恒溫焊筆，以及四個焊錫絲輸送部分。其運行過程：首先藥頭轉移部分會將藥頭運到焊接處，讓其和PCB板相接觸，然后恒溫焊筆通過電機控制至適當?shù)暮附犹帲尯割^和藥頭相接觸，隨后焊錫絲輸送部分會運轉，將特定長度的焊錫絲運至接觸面處，并融化焊錫絲，使藥頭與PCB、腳線與PCB連接，連接之后抬起腳線焊頭和藥頭焊頭，并用冷卻設備進行冷卻，其目的是讓焊點迅速凝固。通常，焊接運用的是無鉛焊錫絲，其熔點大概為220℃。同時還需要一定的保壓處理。這是因為焊錫的凝固時間非常長，如果焊接的保壓時間太少，則焊錫不容易凝固，就會影響焊接的質量。通過研究發(fā)現(xiàn)，保壓的最佳溫度應為180℃，此溫度的焊接效果非常好。如果具有冷卻設備，則焊接以后可以直接把焊錫冷卻，這樣就能使焊錫快速固化，能夠顯著減少保壓的時間。通常，焊接過程包括四個環(huán)節(jié)，分別為焊頭下降環(huán)節(jié)、送錫環(huán)節(jié)、焊接保壓環(huán)節(jié)、焊頭上升環(huán)節(jié)。其中，焊頭下降環(huán)節(jié)與焊頭上升環(huán)節(jié)的時間是特定的，而送錫環(huán)節(jié)與焊接保壓環(huán)節(jié)的時間是不同的，因此要想增大引火元件的生產效率，可通過減少送錫環(huán)節(jié)與焊接保壓環(huán)節(jié)的時間實現(xiàn)。經過不斷的研究，得到了焊頭溫度、送錫時間和保壓時間之間的關系，見表1。由表1可知，焊頭溫度越高，送錫時間越短，保壓時間越長。

表1 焊頭溫度、送錫時間和焊接保壓時間的關系

(4)自動檢測部分

自動檢測的構成包括：藥頭檢測部分與腳線檢測部分。藥頭檢測部分主要由壓緊部分、上下運動部分，以及探針構成。其中，上下運動部分由氣缸管控，其主要作用是讓探針上下運動。當對藥頭電阻進行檢測時，需要將壓緊部分向下壓，以使探針上升，從而與控制模塊充分接觸。腳線檢測部分主要由壓緊部分、上下運動部分以及探針部分構成。其中，上下運動部分由氣缸管控，其主要作用是讓探針上下運動。這樣，當探針向上運動時，就能良好和焊接夾具的腳線座相連接。經過大量試驗后發(fā)現(xiàn)，如果利用人工焊接、檢測的方法，則檢測10發(fā)半成品的時間需要150s、檢測10發(fā)藥頭的時間需要20s，總共需要170s；如果利用自動焊接檢測一體機，則檢測10發(fā)半成品以及藥頭的時間僅需15s，自動檢測效率要比人工檢測效率大概高11倍。由此可見，自動焊接檢測一體機的檢測效率非常高。

(5)打標設備

不合格打標設備主要設置在檢測機構的周圍，其構成包括：左右運動部分、藥頭不合格標記設施，以及芯片不合格標記設施等。當檢測設備發(fā)現(xiàn)不合格產品時就進行標記。

5.電子雷管引火元件自動焊接檢測一體機的過程及使用效果

一般來說，電子雷管引火元件自動焊接檢測過程主要包括四個步驟，具體如下：①涂錫膏；②電子延期模塊焊接；③自動排摸；④電子延期模塊檢測。因為執(zhí)行機構驅動器與運動控制模塊是由上位機軟件控制執(zhí)行元件制定流程和標準，所以電子雷管引火元件焊接過程是非常精確和高效的，能夠自動、快速、穩(wěn)定地實現(xiàn)電子延期模塊焊接、引火元件檢測，以及引火元件排模的內容。同時，引火元件檢測系統(tǒng)是通過模具將電子芯片模塊裝于模具中的，由此能夠對10發(fā)電子芯片模塊自動實施焊接。經過使用后發(fā)現(xiàn)此電子雷管引火元件自動焊接檢測一體機非常高效、安全、穩(wěn)定，不僅藥頭檢測結果非常準確，而且腳線和控制模組的排模極其簡單，完全符合生產標準，同時還有效地增強了焊接效率，其速度高達每小時500發(fā)，并且焊接質量非常好。

6.電子雷管引火元件自動焊接檢測一體機的應用

就現(xiàn)階段的實際發(fā)展狀況來看，電子雷管引火元件自動焊接檢測一體機在現(xiàn)階段爆破行業(yè)中得到了較為廣泛的使用。這主要是因為其與傳統(tǒng)的電子雷管引火元件相比，具有多方面的優(yōu)勢，其中包括安全性能高、工作效率高以及質量高等，在很大程度上保障了工作人員的安全性，提高了整個爆破行業(yè)的工作質量和工作效率，伴隨著科學技術的不斷進步，爆破行業(yè)很多企業(yè)在實際發(fā)展中，也在不斷對電子雷管引火元件自動焊接檢測一體機進行進一步的創(chuàng)新和優(yōu)化，從而使得電子雷管引火元件自動焊接檢測一體機能夠更好的進步和發(fā)展，為爆破行業(yè)的安全性和工作質量的提高起到更好的促進作用。

7.總結

綜上所述，電子雷管在爆破領域非常的重要，其不僅會影響起爆的效率，而且還會影響起爆的質量。正因為電子雷管由電子控制模塊管控，其精確性、穩(wěn)定性、可靠性均很高，因此其適用于爆破工程，但是電子雷管的生產環(huán)節(jié)問題較多，其中最主要的問題就是引火元件焊接質量差、檢測水平低，使得電子雷管的生產效率非常低。為有效地解決電子雷管引火元件生產效率低的問題，就特別研發(fā)了電子雷管引火元件自動焊接檢測一體機，此設備不僅運行效率高，而且焊接質量非常好、檢測水平非常高，為生產帶來了積極的作用。