王九龙1，倪瑞毅1，许振瑞1，黄健平2，王自立3 ( 1． 厦门精悍机电设备有限公司，福建 厦门 361021; 2． 厦门鑫河精密科技股份有限公司，福建 厦门 361021; 3． 海南热带海洋学院 海洋信息工程学院，海南 三亚 572022)
摘要 : 介绍了某型号航空仪表波纹膜片与连杆之间的自动焊接工艺，消除了电阻焊分流对焊接品质的影响，采用伺服加压焊 接机头，配备焊接压力和位移量传感器，通过上位机和 PLC 相结合的方式，实现对焊接设备的控制和焊接工艺及焊接数据的管理， 有效保证了焊接质量，提高了生产效率，实现了焊接数据可追溯。
关键词: 气压高度表; 波纹片; 焊接; 参数监控
Design and Application of Automatic Welding Technology for Corrugated Sheet and Connecting Ｒod of an Aeronautical Instrument WANG Jiulong1，NI Ｒuiyi1，XU Zhenrui1，HUANG Jianping2，WANG Zili3 ( 1． Xiamen Superb Electrical and Mechanical Equipment Co． ，Ltd． ，Xiamen 361021，China; 2． Xiamen Xinhe Precision Technology Co． ，Ltd． ，Xiamen 361021，China; 3． Department of Ocean Information Engineering，Hainan Tropical Ocean University，Sanya 572022，China) Abstract: In this paper，the automatic welding technology between corrugated sheet and connecting rod of a certain type of aeronautical instrument is introduced，which eliminates the influence of resistance welding shunt on welding qual- ity． The servo pressure welding head is adopted，and the welding pressure and displacement sensor are equipped． Through the combination of upper computer and PLC，the control of welding equipment and the management of welding process and welding data are realized，which effectively ensures the control of welding equipment and the management of welding process and welding data． The welding quality improves the production efficiency and realizes the traceability of welding data． Key words: aeronautical instrument; corrugated sheet; welding; parameter monitoring
0 引言
气压高度表是以气压敏感元件作为传感器感受大 气压力，再根据气压与高度的函数关系确定高度值的间接测量仪器，主要由机械传动机构、真空膜盒、静压导管 和指示部件等部分组成。其中真空膜盒由两片波纹片组成，是气压高度表的敏感元件，敏感大气静压力; 机械传动机构由曲柄连杆和齿轮传动机构组成，用来放大膜 盒的位移; 静压导管和表壳相连，用以获得大气静压; 指 示部件由指针和刻度盘构成，用于显示高度值。某型号高度表波纹片与中心连杆之间的焊接，原 来的工艺是采用人工焊接，无定位工装，无参数补偿，定位精度低，焊接设备老化，稳定性差，工艺存在缺陷， 不良率高。现重新对波纹片与连杆焊接工艺和设备进 行设计，采用自动焊接，人工辅助上下料的模式，优化焊接工艺，自动补偿焊接电流，消除因为分流引起的焊接工艺缺陷; 并配备焊接参数监控系统，有效保证焊接质量，通过主要焊接参数的输出与存储，实现了焊接参 数的可追溯性。
1 产品结构
产品由磷青铜波纹片和位于其内外的黄铜垫片和 黄铜中心连杆构成，两个黄铜件夹着磷青铜波纹片，三 者通过 8 个焊点焊接在一起，类似一个“三明治”结构。产品结构示意图如图 1 所示。
2 焊接工艺设计
由于产品的 8 个焊点位于同一圆周界面上，焊点 与焊点之间存在分流［1］( 电阻点焊时，从焊接主回路 以外流过的电流，叫分流) ，分流使流经焊接区的电流 减少，以致焊点能量不足，造成焊点强度显著下降，示 意图如图 2 所示。为了减少分流作用对电阻焊质量的 影响，采用的方法如下: 一是每个焊点的焊接电流大小 需要逐步增加; 二是要设计好焊接顺序，对于直线型多 焊点，一般采用先焊两端，再焊中间的插空焊接方式， 对于环形多焊点，采用十字对称焊接顺序，尽量减小分 流，如图 3 所示。
由于垫片和中心杆的材质为黄铜，黄铜是 Cu-Zn( 铜-锌) 二元合金，其中锌的熔点较低，在电阻焊过程中 容易发生飞溅，因此需在每段焊接规范上设置缓升时 间，这样有助于减少焊接飞溅，如图 4 所示。另外，为补 偿已焊接点造成的分流，需要对每个点进行焊接电流的 调整，经过大量实验，焊接电流设置如图 5 所示。
3 焊接关键部件设计
3． 1 焊接电极设计
由于焊接工件上下均为黄铜材质，因此上电极选用 铬锆铜材质［2］，基体 8 头部 2; 下电极采用铬锆铜整 体电极，为减少分流影响以及考虑到热平衡问题，下电极做 8 等分割槽处理。电极结构示意图如图 6 所示。
3． 2 焊接工装设计
焊接工装采用“三明治”结构，上下采用电木材质底座和盖盘夹住焊接工件，整体装配完成后形成一套 待焊接组件，然后再把待焊接组件放入自动焊接设备进行焊接作业。待焊接组件装配流程如图 7 所示。由 于每套待焊接组件需要焊接 8 个焊点，焊接时间较长， 故本次设计采用双工装交替作业模式，即设备进行接过程中，操作人员可在线下再装配一套待焊接组件， 这样可提高焊接效率。
3． 3 焊接机头
焊接机头设计为伺服驱动结构［3］，对比常规的气 动驱动结构，它有如下优点: 1) “柔和接触”的加压方 式，采用多段速进行电极移动( 空行程时采用高速，加 压行程时采用低速) ，它能最大限度地减少冲击力，非 常适用于焊接精密零部件; 2) 易于编程，采用触摸屏，可快速高效进行电极位置及速度调整。伺服驱动焊接机头结构如图 8 所示。
3． 4 焊接工装移载平台
每个焊接组件上需要焊接 8 个焊点，故焊接工装 需要进行转动或者移动。考虑到焊接工装调整的灵活 性和次级电缆连接的便利性，本次设计采用 X-Y 双轴 伺服移载平台进行焊点位置移动，焊点位置可以直接 通过触摸屏进行调整。焊接工装移载平台结构如图 9 所示。
4 焊接电源选用
焊接电源选用 AMADA IS-300A 逆变焊接电源，该电源最大焊接电流为 10 kA，最高通电频率为 3 000 Hz，控制精度高，具有较强的焊接编程和控制功能，人机界面友好，可以满足本项目需要。其次，这款焊接电源还具有先进的电阻预检功能。电阻预检功能是指在正式通电之前以恒定相位控制接入较小的电流，并通过此时测定的电流和电压计算出电阻值，通过对预检电阻值设置上下限，可以在焊接前对焊接零件安装异常、零件表面氧化和电极磨损严重等可能产生焊接异常的情况，实现提前预警的功能。预检功能设置界面如图 10 所示。
5 焊接监测仪选用
焊接监测仪选用天田米亚基 MM-400 焊接监测仪，该仪器可以对焊接电流、电压、时间、焊接压力和位移等参数进行实时在线监测，可对焊接缺陷、漏装零
件、电极磨损过大等进行监控，同时具备 ＲS-232C、ＲS- 485 接口和以太网( TCP /IP) 口，可双方向和单方向通信，方便数据传输与存储。 在本项目的实际使用过程中，主要通过米亚基MM-400 焊接监测仪对焊接过程的熔深和焊接电流进行监控。首先对产品进行模拟验证，找出产品性能最佳状态时的熔深和焊接电流，然后在 MM-400 焊接监 测仪上面设定一个熔深和焊接电流的上下限。在焊接 过程中，MM-400 焊接监测仪对焊接过程进行实时测，当熔深和焊接电流超出预设的上下限时，监测仪将 输出一组焊接 NG 信号给焊接电源和设备控制系统 ( PLC) ，焊接电源接收到焊接 NG 信号后随即停止放 电，设备控制系统收到焊接 NG 信号后将立即报警并 记录焊接异常数据( 焊接 NG 产品的实际焊接电流和 焊接熔深等参数) 。位移监测装置如图 11 所示。
6 焊接设备控制系统
由于电阻焊接的工艺和参数复杂，为了保证焊接的稳定性，系统采用上位机和 PLC 相结合的方式实现 对焊接设备的控制和焊接工艺及焊接数据的管理［4］。 上位机、PLC、焊接监测仪和焊接电源都采用 EtherNet / IP 通信。硬件系统配置简图如图 12 所示。 上位机数据库管理焊机的焊接参数、电极寿命，同时负责读取焊接过程中焊接监测仪发回的实时焊接数 据。数据库采用 OＲACLE 数据库格式，包含焊接参数 设置管理模块、焊接数据存储、查询模块以及电极管理 模块。上位机管理数据库中的焊接参数模块将对应产品 的焊接参数通过通信发送到焊接电源中。每个产品对应有 8 组参数，在焊接过程中每个焊点对应的参数序 号也由上位机发给 PLC。在焊接过程中PLC 通过输 出点和焊接电源 I/O 口中的 SCH1 ～ SCH8 互联。需要调用哪个程序，只需要按照 8421 码对应输出 PLC的输出端口，焊接电源将调用相应程序完成焊接。焊接过程中焊接监测仪和上位机采用的是主动通信，每焊接完一个焊点，焊接监测仪会自动将焊接数 据以 ASCII 码字符串的形式通过通信发送给上位机。 上位机数据库的焊接参数设置管理模块在焊接过程中一直以侦听的形式等待数据。接收到焊接监测仪器数据后数据库管理模块会自动按通信协议进行解码，并把焊接数据保存在 OＲACLE 数据库中。焊接数据库中的电极管理模块允许用户增加和删除电极数据。当焊机在使用过程中，模块会自动记录对应电极的使用次数同时对电极寿命进行管理。当电极的使用次数接近使用寿命时系统会在界面上进行警，提示用户更换电极。
7 结束语
对根据客户和人机交互要求设计完成设备整机布局 图，并根据图纸制作样机，设备运行情况良好，达到设 计要求。焊接产品进行焊接破坏性试验抽检，8 个焊 点均有材料转移，焊接强度满足要求; 经过批量生产， 产品合格率达到 100% ，且每只产品均有各个焊点的 参数数据记录，实现产品焊接质量可追溯。
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体技术水平向着更高的方向发展即将在上海举行的第 96 届中国电子展连接器展区， 能看到奔涌而来的你吗? 这个属于连接器企业的专业平台，我们携手前行。合作共赢、不惧竞争，我们担心自己 的品牌深藏人后，我们有同样的压力、心结，但更有同一 个梦想。2020 年 11 月 16 － 18 日，第 96 届中国电子展 － 国际元器件及信息技术应用展将在上海隆重召开，一 场连接器的盛宴即将拉开帷幕，与 CEF 一起看连接器的 广泛应用未来。