MGU 电阻焊接技术应用的总结

宋福平

青岛新松机器人自动化有限公司 山东青岛 266000

随着人们的生活水平的提高，汽车的产量日益增多，人们更加注重汽车舒适性、安全性及质量稳定性，作为汽车安全部件之一的MGU 性能的可靠性至关重要，MGU 是汽车EPB 卡钳中重要的零件之一，其性能及质量的可靠性关乎车辆驻车时及坡路停车的安全问题，由于MGU 安装位置位于汽车减震器下方的运动区域，在行驶过程中更加直接的承受着路面的颠簸、振动，同时在行车制动过程中需要承受摩擦片与制动盘间滑动摩擦所产生的高温以及停车时承受环境的温度变化，由于现在行业内各个MGU 厂家的产品均为不可拆卸和维修，故当发生故障后只能整体更换MGU，所以MGU 中驱动马达的电极与壳体排线电极的连接可靠性至关重要[1]。

1 在MGU 产品中的阻焊应用方式

关于MGU 中马达电极及壳体排线连接方式常见有电阻焊接、锡焊、插接等，由于电阻焊接无需增材且焊接强度高、焊接作业时间短、自动化好实现等优点，所以大部分厂家此类产品的焊接以电阻焊接为主导，其中常见方式为点焊类型中的凸焊。

2 电阻焊接各阶段的过程

电阻焊过程一般分为四个阶段。第一阶段，先对两侧工件施加压力，使两者紧密接触。第二阶段，接通电流，电流在通过工件时产生电阻热使工件融化形成液态熔核，第三阶段，焊头断电，两侧焊头继续保持压力或者增大压力，使熔核在一定压力下自然冷却凝固，形成两极材料熔合点。第三阶段。焊接完成后焊头复位离开工件。

3 影响焊接质量问题的分析

3.1 焊头应具备的性能

电阻焊接在此处应用时，系统内部的焊头结构形式至关重要，因为产品电极一般置于产品壳体内部，空间狭小，焊头往往设计的比较小巧，产品焊接时固定在定位工装上保持电极不动，所以焊头两端需要满足随着电极熔深的变化保持恒定的压紧力及位移浮动变化，一般采用两种夹紧力的机构，第一种是采用电缸驱动，行程一般在20mm 以内，电缸推杆力不小于200N，且夹紧速度可调节，并且运行速度先快后慢，减小焊头接触工件过程的冲击。第二种为气缸驱动，行程也保持在20mm 以内，通过调节气压及活塞直径尺寸来达到目标的焊接预压力，优点是原理简单不需要涉及到复杂的程序，且焊接过程中可以保持相对稳定的预压力，缺点是随着工厂气源压力的变化，焊头两极的夹持力随之波动[2]。

3.2 其它硬件的配备

在焊接作业过程中，需要过程监控仪实时监控焊头夹紧力及熔深位移变化，焊头夹紧力一般设置在50-150N。通过不同材料的焊接特性，试验验证后选择合适的压紧力，恒定夹紧力进行高电流短时间焊接，达到目标熔深后停止焊接保压、冷却后完成一次循环。为了提高焊机效率，需要让焊头实现更快的冷却，焊头往往配备冷却装置- 水冷机，此处应用常常选用功率1-1.5P 水冷机，预留两路出水口，两路进水口，每一极单独冷却。为了防止焊头冷却效果不良或者水冷机噪音过大，进出水管通径不小于8mm，总冷却水流量不小于20L/min，冷却目标温度小于30℃，波动范围±3℃即可。最终焊后两极沿垂直焊接面方向焊后拉拔力测试不得小于50N。

3.3 问题的处理方案

在电阻焊接时经常会出现以下问题：焊接熔深未达到要求、被焊接材料外溢、 被焊接材料火花烧蚀、电极与焊头有黏连等。

当作业时常出现熔深未达标，直接原因是由于焊点热源不足或者加持力不足造成的，焊点的热源是由电流通过工作区域产生的电阻热。可以通过焦耳定律来分析热源不足的原因，热量可由下式确定：

Q=I^2Rt

Q—产生的热量（J）；

I—接电流（A）；

R—两电极之间的电阻（Ω）；

T—通电时间（s）。

通过上述公式表明，电阻焊接时，热量与电流、两极之间的电阻、通电时间成正比。焊接电流设置过小、焊接时间不足、焊接材料阻值过小均可以影响焊接熔深。对于电流及焊接时间可以通过设置焊接机来满足，对于焊接材料阻值过小，需要对工件材料做优化，包括材料组分、两极尺寸及形状等。一般电机端子材料采用Bs 黄铜材料，宽度一般设计为4-5mm，厚度在0.4-0.6mm；壳体端子材料一般为PB 锡铜合金或者Cu-Zn-Ni 铜镍合金等材质，宽度5-6mm，厚度0.8-1mm 由于电极厚度小于壳体电极厚度，往往厂家设计产品时会将壳体电极设计的材料阻值大于电机电极，此种设计可在焊接时保证壳体电极侧快速升温融化后两极粘接，往往为了实现更短时间的作业时间，会在壳体电极一侧铆压凸点，凸点形状为圆形或者是椭圆形。对于焊头预压力不足，建议焊接时，焊头对工件施加夹持力5.5-8N/ 平方毫米。

若在焊接过程中发现两极焊材总是出现某一极熔化外溢的情况，一般是由以下几点因素影响；被焊接的两侧材料接触不充分，焊头相对焊材面不平行等原因，导致接触一侧升温较快，导致升温快的一侧材料外溢。需要调整产品一致性及工装的定位方式，让工件在工装定位后保持工件在圆周方向无间隙量，同时观察壳体与电机定位处是否存在定位不准或者壳体及电机的外形尺寸不合格等原因造成的影响[3]。

被焊接材料火花烧蚀，焊接电流过大、材料表面有氧化层、焊头与工件有间隙等原因导致。

当遇到电极与焊头有粘连，工作几次需要清洁一次。此种情况多与焊头材质有问题，使被焊接材料的金属元素渗透或置换焊头金属元素。常用焊头材质及特性，焊极的材料选择一般有以下几种：铬铜（Cu-Cr-Zr）、铍铜（Cu-Ni-Be）、钨铜（Cu30%-W70%）、纯钨（W100%）、纯钼（Mo100%）。

4 结语

综上所述，在MGU 产品电阻焊接作业过程中，在保证焊头结构可以满足作业要求的压力及位移、焊极选用合理材料之外，还需要调整焊接各个阶段的时间及焊接电流等参数，保证以上因素后方可以生产出性能稳定质量可靠地MGU 产品。