1 引言
隨著空調(diào)行業(yè)飛速發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度大幅提升，這就要求空調(diào)生產(chǎn)線提高自動(dòng)化和柔性化程度，也對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高要求。作為空調(diào)行業(yè)的重要生產(chǎn)工藝之一，電阻點(diǎn)焊工藝（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電阻焊）在新形勢(shì)下面臨著全新的挑戰(zhàn)。
2 電阻焊的實(shí)際應(yīng)用情況
由于防腐要求較高，空調(diào)的鈑金件一般采用板厚為0.4~2.0mm的鍍鋅鋼板。電阻焊是一種高效、廉價(jià)且可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的連接方式，是目前空調(diào)制造中最有效的焊接方式。因此，電阻焊在空調(diào)制造過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用，如后板組件、底盤(pán)組件、電機(jī)支架組件、電器盒組件、電器盒屏蔽盒組件、電器盒屏蔽蓋、窗機(jī)外罩組件等鈑金件的焊接。
目前，電阻焊設(shè)備主要可以分為三大類(lèi)——固定式點(diǎn)焊機(jī)、機(jī)器人與固定式點(diǎn)焊機(jī)配套的焊接工作站、多點(diǎn)焊接專(zhuān)機(jī)。
2.1 固定式點(diǎn)焊機(jī)
固定式點(diǎn)焊機(jī)是目前空調(diào)鈑金件連接生產(chǎn)中應(yīng)用最多的電阻焊接設(shè)備。它可以將單相頻率50Hz的交流電輸入單相降壓變壓器，通過(guò)變壓器輸出低電壓、大電流的正弦波，以滿足接觸焊點(diǎn)的需求。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，焊接時(shí)間、壓力和電流等焊接規(guī)范容易調(diào)節(jié)，獨(dú)立性強(qiáng)，便于安裝、調(diào)整及維修，價(jià)格低廉；缺點(diǎn)是功率因數(shù)較低，熱影響較大。
空調(diào)制造業(yè)固定式點(diǎn)焊機(jī)的電極壓力機(jī)構(gòu)一般采用氣缸氣動(dòng)加壓和彈簧加壓（通過(guò)人力腳踏或手動(dòng)加壓）兩種形式。目前，最通用的設(shè)備是氣缸氣動(dòng)加壓點(diǎn)焊機(jī)。彈簧加壓（通過(guò)人力腳踏或手動(dòng)加壓）點(diǎn)焊機(jī)屬于非同步式控制（人工加壓和控制器通電須分別控制），壓力由人工通過(guò)杠桿彈簧決定，壓力有時(shí)會(huì)不穩(wěn)定，進(jìn)而影響焊點(diǎn)表面質(zhì)量。因此，在空調(diào)鈑金件連接生產(chǎn)中，彈簧加壓電焊機(jī)的應(yīng)用正在逐漸減少，除了特別工藝需要，目前焊接生產(chǎn)通常優(yōu)先選用氣動(dòng)式點(diǎn)焊機(jī)。對(duì)立體工件或焊點(diǎn)較少的工件而言，焊點(diǎn)有時(shí)位于工件角落。采用圓弧加壓的腳踏式點(diǎn)焊機(jī)便于焊機(jī)電極伸入工件內(nèi)部，如窗機(jī)外罩組件、電器盒屏蔽盒、電器盒屏蔽蓋的焊接。
2.2 機(jī)器人與固定式點(diǎn)焊機(jī)配套的焊接工作站
為了減少焊工、提高焊接自動(dòng)化程度，可以利用搬運(yùn)機(jī)器人與固定式點(diǎn)焊機(jī)配套完成焊接工作。以窗機(jī)外罩組件焊機(jī)為例，待焊工件在焊接工裝上定位夾緊后，機(jī)器人抓取搬運(yùn)工裝（含待焊工件）至固定式點(diǎn)焊機(jī)電極處焊接。這種焊接方式的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投入成本較點(diǎn)焊機(jī)器人少，缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率不高。
2.3 多點(diǎn)焊接專(zhuān)機(jī)
對(duì)于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、焊點(diǎn)密集、接頭搭邊小、操作困難、焊接質(zhì)量難以保證的工件，可以采用多點(diǎn)焊接專(zhuān)機(jī)，如空調(diào)底盤(pán)組件和窗機(jī)外罩組件的焊接。多點(diǎn)焊接專(zhuān)機(jī)的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)作簡(jiǎn)單、程序基本固定、制造成本和維修費(fèi)用高、只適用于特定產(chǎn)品的焊接、柔性差。
3 TOX鉚接對(duì)電阻焊的挑戰(zhàn)
20世紀(jì)90年代，TOX鉚接技術(shù)出現(xiàn)。該技術(shù)可以利用簡(jiǎn)單的圓錐凸模將被連接件壓入凹模，使凹模內(nèi)的材料向外流動(dòng)，從而產(chǎn)生一個(gè)既無(wú)棱又無(wú)毛刺的圓點(diǎn)連接點(diǎn)，即TOX圓點(diǎn)。隨著TOX鉚接技術(shù)日益成熟，該技術(shù)在空調(diào)制造業(yè)的應(yīng)用開(kāi)始增多，并逐漸取代傳統(tǒng)的電阻焊方法應(yīng)用于底盤(pán)、后板等組件連接生產(chǎn)中。
TOX鉚接技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì)：
（1）工作環(huán)境好，鉚接過(guò)程采用機(jī)械成型，無(wú)噪聲，無(wú)污染，對(duì)員工不造成負(fù)面影響；
（2）自動(dòng)化程度高，可以同時(shí)連接一個(gè)點(diǎn)或多個(gè)點(diǎn)，還可對(duì)連接強(qiáng)度進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，對(duì)連接質(zhì)量進(jìn)行無(wú)損評(píng)估，并可引入自動(dòng)線；
（3）TOX鉚接單點(diǎn)連接的靜態(tài)連接強(qiáng)度為點(diǎn)焊的70%，雙點(diǎn)連接（可以在一道工序內(nèi)加工形成）的靜態(tài)連接強(qiáng)度與點(diǎn)焊相等，疲勞連接強(qiáng)度比點(diǎn)焊高，連接的承載能力與受載方向無(wú)關(guān)，而且連接在受剪切和受拉力作用時(shí)的承載性能相同；
（4）產(chǎn)品質(zhì)量好，可以采用模具，零件連接處無(wú)毛刺，外觀美觀，變形幾率非常低；
（5）能耗低，較節(jié)能，無(wú)環(huán)境污染；
（6）防腐性能優(yōu)于點(diǎn)焊，無(wú)鍍層材料的銹蝕。
4 電阻焊的應(yīng)用前景
雖然TOX鉚接技術(shù)具有工作環(huán)境好、自動(dòng)化程度高、連接牢固穩(wěn)定、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，但是TOX鉚接技術(shù)仍舊無(wú)法完全取代電阻焊工藝。而且，TOX鉚接技術(shù)在實(shí)際推廣應(yīng)用中仍存在問(wèn)題，如設(shè)備一次性投資較大，通用性不強(qiáng)等。
電阻焊在空調(diào)制造中仍有強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。首先，電阻焊工藝是當(dāng)今世界應(yīng)用最廣泛的焊接方式，是鈑金件焊接公認(rèn)的傳統(tǒng)工藝，操作簡(jiǎn)單，機(jī)械化程度高。同時(shí)，多數(shù)空調(diào)鈑金連接的接頭形式是按照電阻焊要求設(shè)計(jì)的。電阻焊非常適合薄鋼板焊接，接頭質(zhì)量高，對(duì)被焊工件的配合精度要求不高，通用性強(qiáng)，生產(chǎn)效率較高，設(shè)備投資成本遠(yuǎn)低于TOX鉚接。
5電阻焊的未來(lái)發(fā)展方向
在空調(diào)制造中，電阻焊有著廣闊的應(yīng)用前景，不少企業(yè)在電源以及電極驅(qū)動(dòng)、材料和結(jié)構(gòu)等諸多方面進(jìn)行了有益的嘗試。
5.1中頻逆變焊接技術(shù)
中頻逆變焊機(jī)具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。在全球倡導(dǎo)節(jié)能、環(huán)保、低碳的今天，這一技術(shù)在空調(diào)制造中頗具優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)交流焊機(jī)相比，中頻逆變焊機(jī)具有如下特點(diǎn)：
（1）焊接質(zhì)量好，焊接參數(shù)控制精度顯著提高，焊接時(shí)間精度達(dá)到毫秒級(jí)，電流控制更精確；
（2）焊接速度快，直流輸出，加熱集中，焊接時(shí)間短，較工頻交流焊機(jī)節(jié)省約15%的時(shí)間；
（3）電極壽命增加30%~50%，電極研磨頻次降低；
（4）焊接變壓器體積和重量顯著下降，只有工頻交流焊機(jī)的1/3；
（5）可以在線監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償功能；
（6）節(jié)能效果明顯，功率因素從0.6提高到0.9，有效節(jié)能25%~32%；
（7）中頻逆變焊接是三相平衡負(fù)載，比單相交流焊接對(duì)電網(wǎng)的沖擊小，對(duì)供電系統(tǒng)的要求低，符合國(guó)家能源政策。
5.2伺服技術(shù)
傳統(tǒng)的電極由氣缸施加壓力，無(wú)法保證電極力的穩(wěn)定，會(huì)對(duì)工件表面造成沖擊，在工件表面形成較深壓痕，影響工件表面質(zhì)量。隨著焊接機(jī)器人的大量應(yīng)用，為了實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)，減小氣動(dòng)焊鉗點(diǎn)焊時(shí)對(duì)工件表面的沖擊，提高工件表面質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊鉗施壓過(guò)程的精確控制，一種新型焊鉗——伺服焊鉗面世。這種焊鉗具有環(huán)保節(jié)能、在焊接時(shí)與工件接觸輕柔、噪聲低、可控性高等特點(diǎn)，可以有效提高焊接質(zhì)量。
5.3一體式點(diǎn)焊鉗
一體式點(diǎn)焊鉗將焊接變壓器與點(diǎn)焊鉗合為一體，大大縮短了焊接二次回路，降低了電能消耗和對(duì)供電電源容量的要求。同時(shí)，由于沒(méi)有常規(guī)分體式焊鉗的二次電纜，一體式點(diǎn)焊鉗操作更加方便、輕松，焊接機(jī)器人可以更從容地實(shí)施焊鉗姿態(tài)調(diào)整，減少?gòu)?qiáng)磁場(chǎng)對(duì)人體的傷害，節(jié)省二次電纜的日常維護(hù)成本。隨著空調(diào)鈑金新材料的使用和焊接質(zhì)量要求的不斷提高，中頻焊接技術(shù)與伺服技術(shù)被集中應(yīng)用于一體式點(diǎn)焊鉗。
5.4自動(dòng)化焊接技術(shù)
在產(chǎn)品多樣化發(fā)展有背景下，為了在提高產(chǎn)能、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)有效降低勞動(dòng)成本，以點(diǎn)焊機(jī)器人為主導(dǎo)的自動(dòng)化焊接技術(shù)近年來(lái)不斷發(fā)展。機(jī)器人焊接系統(tǒng)屬于復(fù)雜的多智能體系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無(wú)人生產(chǎn)，由PLC控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制點(diǎn)焊機(jī)器人和生產(chǎn)線設(shè)備，實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、系統(tǒng)編程、工作狀態(tài)顯示及故障報(bào)警顯示等功能。
5.5電阻點(diǎn)焊電極
作為點(diǎn)焊機(jī)必不可少的組成部分，電極主要起到傳輸焊接電流、加壓及散熱的作用。由于使用條件和環(huán)境比較惡劣，電極極易出現(xiàn)粘附、變形和壓潰等問(wèn)題。在實(shí)際生產(chǎn)中，電極應(yīng)具備一定的力學(xué)性能、熱學(xué)性能和形狀特征。
（1）電極材料研究
在實(shí)際應(yīng)用中，我們希望點(diǎn)焊電極材料能夠具備高導(dǎo)電率、高熱導(dǎo)率、高溫強(qiáng)度和硬度、物理性能穩(wěn)定、不易粘附、高溫時(shí)可盡量避免與焊接金屬合金化等特點(diǎn)。但是，一般情況下，電極材料很難同時(shí)具備上述特點(diǎn)，在選用材料時(shí)需要綜合考慮，以某個(gè)性能為主，兼顧其他性能。
目前，空調(diào)鈑金鍍鋅鋼板點(diǎn)焊電極材料通常采用銅合金，常用的材料有鉻鋯銅和鉻銅。但是，鍍鋅鋼板點(diǎn)焊過(guò)程中飛濺較大，點(diǎn)焊電極燒蝕較快且工作壽命較短，焊點(diǎn)表面質(zhì)量易惡化。對(duì)于批量生產(chǎn)的空調(diào)制造業(yè)，提高點(diǎn)焊電極工作壽命是非常重要且值得研究的課題。
從材料來(lái)看，提高鍍鋅鋼板點(diǎn)焊電極壽命及點(diǎn)焊質(zhì)量可以從4個(gè)方面著手。一是推廣氧化鋁彌散強(qiáng)化銅電極，二是開(kāi)發(fā)新的合金系統(tǒng)電極，三是研發(fā)涂層電極（在表面涂一層高熔點(diǎn)材料），四是采用深冷處理強(qiáng)化電極材料性能、提高電極壽命。
（2）電極結(jié)構(gòu)研究
電極結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸和冷卻條件是影響熔焊尺寸和焊點(diǎn)強(qiáng)度的重要因素，研究電極結(jié)構(gòu)對(duì)點(diǎn)焊過(guò)程的影響非常必要。
（3）電極帶電阻焊新工藝
電極帶保護(hù)電極和母材在電極和工件間移動(dòng)，一個(gè)點(diǎn)焊接完成后，電極帶會(huì)自動(dòng)移動(dòng)到下一個(gè)位置，提供恒定高質(zhì)量的焊接起始條件，適宜焊接鍍層鋼板、高強(qiáng)鋼板等各種材料，也適宜焊接多層板。電極帶可以保證焊接工藝的穩(wěn)定性，使焊接過(guò)程無(wú)飛濺，焊接后無(wú)需修磨，還可以調(diào)節(jié)焊接區(qū)域的熱平衡，使整個(gè)焊接過(guò)程穩(wěn)定可靠。
5.6新型材料的電阻焊研究
目前，空調(diào)行業(yè)正在研究以鋁合金、高強(qiáng)度鋼、不銹鋼取代鍍鋅鋼板。因此，研究鋁合金、高強(qiáng)度鋼、不銹鋼等新型材料的電阻點(diǎn)焊性能已經(jīng)成為非常迫切的任務(wù)。
6結(jié)論
雖然空調(diào)制造行業(yè)已經(jīng)在部分生產(chǎn)領(lǐng)域以TOX鉚接技術(shù)替代傳統(tǒng)的電阻焊工藝，但是隨著工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，具備諸多優(yōu)點(diǎn)的電阻焊工藝在空調(diào)制造中仍有廣闊的應(yīng)用前景。同 時(shí)，為了適應(yīng)新材料、新工藝、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用需要，電阻焊設(shè)備和工藝還有很多方面亟待研究。
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