金属容器零件精密点焊技术发展探讨

文/辛巧娟

在金属容器产品的制造中，涉及大量的电阻焊。用于金属容器的电阻焊主要是罐（桶）身的缝焊、桶身定位点焊、提耳及密封器等的点焊（凸焊）等，有的零件尺寸较小或形状复杂，使得焊接比较困难，需要专用点（凸）焊机。目前我国金属容器罐（桶）身缝焊技术已经相当于发达国家的水平，但是，金属容器零件的焊接质量问题还是不少。例如常见的问题有提耳掉落、桶塞板扣脱落、桶箍焊接不牢等等，这些技术问题主要包括焊接质量不稳定、容易导致容器损坏、难以形成正常熔合，焊接合格率低，有的零件甚至难以用一般的电阻点焊焊接。

之所以金属容器零件的电阻焊常出现问题，其主要原因是我们金属容器零件电阻焊的设备和技术不够精密，我们以前把大量的精力用于解决缝焊技术的提高，而对金属容器零件的电阻焊技术却没有下较大的功夫。所以，我们的金属容器零件电阻焊技术需要向更加精密的方向发展。电阻焊的精密性包括电源的精细调节、参数的精确控制和加压机构的精密稳定等多个方面，多技术集成构成精密电阻焊系统。
电阻焊电源提供电阻焊的电阻加热能量，它的总体发展过程，相继出现了单相工频交流点焊电源、直流脉冲点焊电源、三相低频点焊电源、次级整流点焊电源和电容储能式点焊电源,近年来又出现了逆变式点焊电源。用于零件焊接的电源主要有单相交流电源、电容贮能电源和逆变电源。逆变电阻点焊电源的调节性显著提高，相比较是一种较好的电源，但就逆变电阻点焊电源本身而言，相互有一定的差别。为实现微型零件的精密焊接，逆变电阻点焊电源技术需得到进一步发展。

一、金属容器零件常用点焊电源输出调节原理与特点

1、单相工频交流点焊电源

单相晶闸管点焊电源等效电路和电流波形较为简单，只要改变晶闸管的控制角，便可调节焊接变压器初级电流，控制次级焊接回路的焊接电流。

2、电容贮能电阻点焊电源

电容贮能点焊机还存在其它一些缺点。电容贮能焊机能量转换效率要比其它类型焊机低，贮能电容器及焊接变压器体积庞大，电力回路部分复杂，焊机成本高，容量越大越高；贮能电容器经常处于快速充放电过程中，介质损耗大，寿命短等。

3、逆变直流电阻点焊电源

与一般单相工频交流电阻点焊电源、电容贮能点焊电源比较，逆变直流电阻点焊电源具有以下优点：焊接变压器小型轻量化；高速精密控制、动态响应性好；输出低脉动率的直流焊接电流；三相平衡负载、功率因数高、节能经济性好等。

逆变直流点焊电源虽然具有这么多优点，但是目前其制造成本比较高，电路相对复杂。对于金属容器零件的点焊，由于其可控性好，是比较理想的电源，功率电子器件的发展和逆变技术的成熟，这类电源逐步获得了应用。考虑金属容器零件点焊精密调节输出能量和快速响应速度的需要，电阻焊逆变电源技术需要进一步发展。

二、金属容器零件逆变电阻点焊技术的发展方向

有的金属容器零件的点焊比较困难，为了提高点焊成品率与点焊质量，扩大电阻点焊技术在金属容器零件制造中的应用，需要进一步发展金属容器零件电阻点焊技术。

1、提高电源输出调节分辨率和响应速度。

由于电阻点焊电流大，受回路的限制，电阻点焊逆变电源采用的逆变频率比弧焊或其它电源的逆变频率低得多，通常采用1kHz左右，其调节分辨率和控制响应速度相应较低。近年来，国际上相继有2kHz、4kz和5kHz的产品面市，也有25kHz技术的报道。对精密点焊，提高逆变频率是必然趋势。逆变频率的提高需要在变压器设计、减小回路损耗上下功夫，它们直接影响产品的品质。对微小零件的焊接，焊接电源的容量较小，提高逆变频率较容易实现，对大功率的电源则难度增大。微型件的精密点焊也可以采用模拟式晶体管电源，这类电源能量损耗较大，逆变电源的改善有望代替这类电源。

2、改善焊接电流波形，提高焊接参数的工艺适应性。

普通的电源设计为单次加热、两次加热，复杂一些的电源有三次加热或带电流缓升缓降控制。由于精密点焊涉及的结构和材料复杂，这些波形不能满足最佳焊接要求，如有的材料点焊采用去除氧化膜与调节起始焊接条件，可以提高焊接的一致性。对精密点焊，要求波形精心设计，甚至包括波形的调控，使之与材料的加热冷却过程相适应。

3、发展精密点焊的实时质量控制技术。

点焊过程实时控制是排除过程中各种干扰，提高生产成品率的重要手段。控制方法包括工艺参数的稳定控制和质量的反馈控制。点焊质量实时控制是一项重要的但长期没有解决好的难题，采用多参数的智能控制的研究，有较好的前景。

4、研制精密加压系统。

焊接压力对点焊相当重要，金属容器零件的焊接需要精密的加压保证，包括小压力稳定性、机械系统的随动性（与焊接变形相适应的快速反应）、位置的适应性与准确的位置控制等。传统的气动加压很难适应精密点焊的要求，采用弹簧压缩量触发焊接通电的方式也难准确控制压力。其它的加压方式，包括采用压力传感器反馈控制，需要进一步的探讨。 

5、提升计算机应用水平。

利用计算机模拟技术、数据库技术建立精密点焊的辅助系统，对相当复杂的金属容器零件的精密点焊应用将会有良好的帮助。焊接数据的采集与记录，保证产品的可追溯性，对医疗器械等重要零件的焊接是十分重要的。具有联网技术的精密点焊机的开发，为数据的记录与更新提供方便，可方便地进行远程监视与控制。

三、金属容器零件电阻焊技术的发展建议

1、与工频交流、电容贮能焊接电源比较，精密逆变点焊电源可控性好，对微型件的点焊有较好的工艺适应性。

2、精密逆变点焊电源的逆变频率提高，有利于提高控制分辨率、电源的动态响应和电流稳定性。对微型件的精密点焊电源，需要进一步提高逆变频率和改善电源设计。

3、三相精密逆变点焊电源比单相稳定，并且电网负荷平衡。