碳刷导线与扼流圈十字焊接的焊接质量检测控制方法

摘要

本发明公开了一种碳刷导线与扼流圈十字焊接的焊接质量检测控制方法，包括：第一步，上焊极下降并配合下焊极对碳刷导线与扼流圈导线进行预压；第二步，将检测上焊极下移距离的位移传感器置零；第三步，通电焊接直到位移传感器采集信号达到设定阈值断电；第四步，按照设定时间进行冷却；第五步，检测焊接区域在冷却阶段的压缩变形位移，如果该压缩变形位移在所需焊接质量对应的压缩变形位移范围内则输出合格信号，否则输出不合格信号；第六步，上焊极复位，松开碳刷导线和扼流圈。本发明通过冷却阶段的焊接区域在一定压力作用下的压缩变形位移评估熔融程度，检测焊接质量并对焊接过程进行控制，从而保证焊接质量的稳定性，减少缺陷产品流出的风险。

说明书

技术领域

本发明与焊接技术有关，具体属于一种碳刷导线与扼流圈十字焊接的焊接质量检测控制方法。

背景技术

在车辆供油系统的油泵中，碳刷导线和扼流圈的十字焊接过程是最核心的工艺步骤，即碳刷导线与扼流圈的导线以十字形式进行焊接，如果二者的焊接质量达不到要求就会在使用过程中发生碳刷导线和扼流圈脱离的情况，进而导致油泵停止工作，车辆行驶中熄火，对人身安全造成严重的危害。

由于碳刷导线和扼流圈导线两根导线的直径较小，通常碳刷导线的直径约0.6mm，扼流圈导线的直径约为0.5mm，故碳刷导线和扼流圈的十字焊接过程极不稳定。碳刷导线与扼流圈完成十字焊接以后，焊接质量一般通过焊接后两个导线的拉断力进行评估，目前生产过程中通过SPC(统计过程控制)监控拉断力，往往不定期会出现拉断力低于控制线的情况，目前二者十字焊接的拉断力控制线通常设置为40N，当拉断力小于40N时，说明碳刷导线与扼流圈的焊接过程不稳定，存在不合格的风险。

目前，碳刷导线与扼流圈导线的焊接过程分为预压、通电焊接和冷却三个阶段，具体控制过程，如图1所示，现有的控制方法存在如下问题：

1、原材料的尺寸波动会影响碳刷导线与扼流圈的焊接质量，其中主要原因在于碳刷导线采用细丝编织的状态，不同批次的碳刷导线外径尺寸存在较大差异，并且这种状态生产商也无法改善和保证，因此导致碳刷导线与扼流圈的导线焊接过程中电阻变化较大，焊接质量稳定性较差，甚至在油泵的使用过程中发生失效问题；

2、现有的焊接过程采用的控制方法仅控制焊接过程的参数，并不是闭环控制模式，因此焊接质量不受控，无法发现质量不可靠的焊接件，存在装有缺陷件的产品流入市场的风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种碳刷导线与扼流圈十字焊接的焊接质量检测控制方法，可以解决现有焊接过程中焊接质量无法控制且不易发现的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的碳刷导线与扼流圈十字焊接的焊接质量检测控制方法，包括如下步骤：

第一步，上焊极下降，并配合下焊极对碳刷导线与扼流圈的导线进行预压；

第二步，将用于检测上焊极下移距离的位移传感器置零；

第三步，通电焊接，直到位移传感器采集信号达到设定阈值停止通电；

第四步，按照设定时间进行冷却；

第五步，检测焊接区域在冷却阶段的压缩变形位移，如果该压缩变形位移在所需焊接质量对应的压缩变形位移范围内，则输出合格信号，否则输出不合格信号；

第六步，上焊极复位，松开碳刷导线和扼流圈。

其中，在第五步中，以焊接过程的熔融程度作为焊接质量的衡量指标。

较佳的，对焊接过程的熔融程度进行评估的方法是在焊接通电停止后的冷却阶段给焊接区域一定的压力，并在该压力下计算单位时间内焊接区域的变形量。

进一步的，焊接过程的熔融程度的计算公式为：

M＝F*Δs/t

其中，M为焊接过程的熔融程度，F为冷却阶段在焊接区域施加的压力,Δs为冷却阶段的压缩变形位移，t为冷却时间。

较佳的，焊接过程的熔融程度为24～48。

其中，所述位移传感器将冷却阶段的压缩变形位移输出至焊接控制器中，所述焊接控制器对压缩变形位移进行统计分析。

进一步的，所述焊接控制器根据压缩变形位移的分析结果对焊接电流进行调整。

本发明对碳刷导线与扼流圈的焊接区域在焊接断电后的冷却阶段的状态进行分析，通过分析焊接区域在一定压力作用下的压缩变形位移来评估熔融程度，检测焊接质量是否满足要求，并进一步对焊接过程进行控制，从而保证焊接质量的稳定性，减少缺陷产品的流出风险。

附图说明

图1为现有的焊接过程的示意图；

图2为本发明的焊接过程的示意图；

图3为熔融程度与焊接拉拔力的关系示意图；

图4为采用本发明的焊接质量检测控制方法后的拉断力过程能力示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可以由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰语变更。

本发明的碳刷导线与扼流圈十字焊接的焊接质量检测控制方法，如图2所示，包括如下步骤：

第一步，上焊极下降，并配合下焊极对碳刷导线与扼流圈的导线进行预压；

第二步，将用于检测上焊极下移距离的位移传感器置零；

第三步，通电焊接，直到位移传感器采集信号达到设定阈值停止通电；

第四步，按照设定时间进行冷却；

第五步，检测焊接区域在冷却阶段的压缩变形位移，如果该压缩变形位移在所需焊接质量对应的压缩变形位移范围内，则输出合格信号，否则输出不合格信号；

第六步，上焊极复位，松开碳刷导线和扼流圈。

焊接质量取决于焊接过程的热量，而焊接过程的热量直接反映焊接过程的熔融程度，若焊接过程的热量少，则熔融程度不足，就需要增加焊接电流或焊接位移，若焊接过程的热量多，则熔融程度过度，就需要减少焊接电流或焊接位移，因此，焊接过程的熔融程度是决定焊接质量的唯一标准。

为了保证碳刷电阻与扼流圈的焊接质量，需要对焊接过程的熔融程度进行评估和控制。本发明主要利用焊接后的冷却阶段来评估焊接过程的熔融程度，具体地，在焊接通电停止(即焊接断电)后的冷却阶段给焊接区域一定的压力，测量在设定的冷却时间内焊接区域的变形量，并在该压力下计算单位时间内焊接区域的变形量。

在本发明中，焊接过程的熔融程度的模型计算公式为：

M＝F*Δs/t

其中，M为焊接过程的熔融程度，F为冷却阶段在焊接区域施加的压力,Δs为冷却阶段的压缩变形位移，t为冷却时间。

按照上述的熔融程度模型，如果熔融程度过度，则焊接区域更易变形，用一定的压力施加在焊接区域，压缩变形位移会比较大，熔融程度的M值较大，如果熔融不足，则焊接区域不易变形，用相同的压力施加在焊接区域，压缩变形位移比较小，熔融程度的M值较小。

基于本发明的熔融程度的模型，可以进一步确定熔融程度M与焊接质量的对应关系，从而更易发现焊接过程的缺陷件。图3所示为焊接过程的熔融程度M值与焊接拉拔力的关系图，而表一为模型验证阶段中焊接过程参数与焊接质量(焊接拉拔力)的对应关系。由图3所示，不同的熔融程度与焊接拉拔力有关系，保证焊接拉拔力在70N以上，则熔融程度的M值范围为24～48。

表一 焊接过程参数与焊接拉拔力的对应关系

基于上述模型以及焊接设备输出力的稳定性，确定生产线中上焊极的施加压力(例如48N)以及冷却阶段的冷却时间(例如50ms)，在保证焊接过程的熔融程度M为24～48时，需要控制焊接后冷却阶段的压缩变形位移在为25μm～50μm之间。因此，通过检测焊接区域在冷却阶段发生的压缩变形位移可以判断焊接过程是否满足要求。目前，焊接断电时设定上焊极下移110μm，即焊接开始之前被置零的位移传感器采集数据达到110μm时停止通电，加之冷却阶段的压缩变形位移，则最终整个焊接过程结束时上焊极的下移位移范围应该在135μm～160μm。

在现有焊接过程的基础上，本发明在冷却阶段结束和上焊极复位之间增加检测步骤，即通过位移传感器采集到的上焊极下移距离来判断焊接质量是否合格。例如，在上述焊接过程中，当上焊极下移距离在135μm～160μm范围内，则判定焊接合格并输出合格信号，否则输出不合格信号且设备报警。

当然，本发明还可以根据检测结果对焊接过程的参数进行调整和控制。

较佳的，所述位移传感器将冷却阶段的压缩变形位移(即上焊极在冷却阶段的下移距离)输出至焊接控制器中，所述焊接控制器对设定数量的压缩变形位移进行统计分析(例如，对包括当前压缩变形位移在内的五次压缩变形位移取平均值)，进一步地，根据压缩变形位移的分析结果对焊接电流进行调整，从而构成一个闭环控制系统。例如，如果冷却阶段的压缩变形位移偏小，则增大设定的焊接电流，如果压缩变形位移较大，则减小设定的焊接电流。

经试验以及焊接生产工艺的监控，采用本发明对焊接质量进行检测控制(2017年6月)后，如图4所示，碳刷导线与扼流圈的焊接过程更加稳定，焊接质量得到了显著提高，通过SPC(统计过程控制)监控拉断力，碳刷导线拉断力未发生低于控制线的情况。

在本发明中，位移传感器可以根据实际的焊接设备设置，例如，可与上焊极设在一起，也可以与焊接机头设在一起，只要是能够准确检测焊接区域的变形量即可。

本发明对碳刷导线与扼流圈的焊接区域在焊接断电后的冷却阶段的状态进行分析，通过分析焊接区域在一定压力作用下的压缩变形位移来评估熔融程度，检测焊接质量是否满足要求，并进一步对焊接过程进行闭环控制，从而保证焊接质量的稳定性，减少缺陷产品的流出风险。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明并不局限于上述实施方式。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。