唐山開(kāi)元阻焊設(shè)備有限公司 （河北 063020） 王利民 郗春榮

隨著工業(yè)化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，雙金屬片的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。特別是低壓電器行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)雙金屬片焊接的要求越來(lái)越多。

1. 雙金屬片的特點(diǎn)

雙金屬片也稱(chēng)熱雙金屬片，由于各組元層的熱膨脹系數(shù)不同，當(dāng)溫度變化時(shí)，主動(dòng)層的形變要大于被動(dòng)層的形變，從而雙金屬片的整體就會(huì)向被動(dòng)層一側(cè)彎曲，這種復(fù)合材料的曲率發(fā)生變化從而產(chǎn)生形變。其中膨脹系數(shù)較高的稱(chēng)為主動(dòng)層，膨脹系數(shù)較低的稱(chēng)為被動(dòng)層。隨著雙金屬應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和結(jié)合技術(shù)的進(jìn)步，近代已相繼出現(xiàn)三層、四層、五層的雙金屬。事實(shí)上，凡是依賴(lài)溫度改變而發(fā)生形狀變化的組合材料，現(xiàn)今在習(xí)慣上均稱(chēng)為熱雙金屬。

（1）雙金屬片的組成 主動(dòng)層的材料主要有錳鎳銅合金、鎳鉻鐵合金、鎳錳鐵合金和鎳等；被動(dòng)層的材料主要是鎳鐵合金，wNi為34%～50%。

（2）雙金屬片的用途 雙金屬片被廣泛用在繼電器、開(kāi)關(guān)和控制器等上面，日光燈的起輝器就是一個(gè)很好的例子。另外還可以利用雙金屬片制成溫度計(jì)，可以測(cè)量較高的溫度。

（3）雙金屬片材料應(yīng)滿(mǎn)足以下基本要求 ①主動(dòng)層與被動(dòng)層的熱膨脹系數(shù)相差很大，使得雙金屬對(duì)溫度的變化有較高的靈敏度。②雙金屬片材料的熱膨脹系數(shù)穩(wěn)定。③金屬片材料有較高的彈性模量，使感溫元件有較寬的工作溫度范圍。④雙金屬片材料在工作溫度范圍內(nèi)發(fā)生形變。⑤雙金屬片有良好的焊接性能。

2. 雙金屬與其他元件的焊接

雙金屬在電器產(chǎn)品中的工作方式分為兩種類(lèi)型，一是被動(dòng)感知環(huán)境溫度，二是利用雙金屬本身作為電阻發(fā)熱元件，根據(jù)其內(nèi)部流過(guò)電流大小所決定的溫度動(dòng)作。但無(wú)論哪種感溫方式，雙金屬都要與其他元件連接在一起。雙金屬與其他元件的焊接分為：雙金屬與觸點(diǎn)的焊接，雙金屬與編織線的焊接以及雙金屬與純銅板或銅合金板的焊接。

（1）雙金屬與觸點(diǎn)的焊接 雙金屬與觸點(diǎn)的焊接件一般用于直接連接的工作負(fù)載回路，觸點(diǎn)在工作時(shí)會(huì)頻繁的接通和斷開(kāi)，要求雙金屬與觸點(diǎn)的焊接要有可靠的焊接強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和良好的導(dǎo)電性能。觸點(diǎn)一般為復(fù)合材質(zhì)，觸點(diǎn)與雙金屬的熔點(diǎn)和電阻率有很大差異，由于當(dāng)流過(guò)雙金屬與觸點(diǎn)相同的電流時(shí)會(huì)產(chǎn)出不同的熱量，雙金屬產(chǎn)生的熱量要大于觸點(diǎn)產(chǎn)生的熱量，所以通常觸點(diǎn)會(huì)預(yù)制出凸點(diǎn)讓熱量更集中一些，在點(diǎn)焊機(jī)上焊接凸點(diǎn)一般都會(huì)采用硬規(guī)范焊接。

（2）雙金屬與銅編織線的焊接 當(dāng)雙金屬與銅編織線焊接時(shí)，由于雙金屬與銅編織線的電阻率有很大差別，當(dāng)流過(guò)雙金屬與銅編織線相同的電流時(shí)會(huì)產(chǎn)出不同的熱量，雙金屬產(chǎn)生的熱量要大于銅編織線產(chǎn)生的熱量，所以通常會(huì)在銅編織線側(cè)采用鉬或石墨材質(zhì)的高阻電極，以增加單面熱量。焊接規(guī)范通常也會(huì)采用硬規(guī)范焊接。

（3）雙金屬與純銅板或銅合金板的焊接 當(dāng)雙金屬與純銅板或銅合金焊接時(shí)，由于雙金屬與純銅板或銅合金電阻率的較大差異造成發(fā)熱量差異很大，所以通常會(huì)在純銅板或銅合金側(cè)采用鉬或石墨材質(zhì)的高阻電極，焊接規(guī)范通常也會(huì)采用硬規(guī)范焊接。

從上述的情況可看出，三種工件的焊接由于焊件之間的熔點(diǎn)、電阻率差異較大，共同的特點(diǎn)是采用硬規(guī)范焊接可取得良好的效果。通常的單相交流工頻點(diǎn)焊機(jī)由于焊接時(shí)間的控制精度為周波級(jí)（20ms），故時(shí)間控制精度差；輸出焊接電流的波形為近似正弦波并由于采用晶閘管控制導(dǎo)通角的特性還會(huì)有一段冷卻時(shí)間，所以會(huì)產(chǎn)生峰值電流并且熱量不集中，極易造成焊接飛濺，使雙金屬焊接時(shí)質(zhì)量極不穩(wěn)定。

3. 中頻逆變電源的特性

（1）中頻逆變直流電阻焊控制電源基本原理 從電網(wǎng)輸入的三相交流電經(jīng)橋式整流和濾波后得到較平穩(wěn)的直流電，經(jīng)逆變器（IGBT）逆變產(chǎn)生中頻交流電（f=600～1000Hz），再向阻焊變壓器饋電，阻焊變壓器二次輸出的低電壓交流電經(jīng)單相全波整流后提供一個(gè)穩(wěn)定的可以精確調(diào)整的直流焊接電流，逆變式電阻焊機(jī)通常采用脈寬調(diào)制（PWM）方法調(diào)節(jié)焊接電流。

（2）工頻交流電源與中頻逆變直流電源比較 工頻交流電源與中頻逆變直流電源焊接原理和電源波形的比較如圖1、圖2所示。

從圖1、圖2可看出，單相交流電源輸出的電流波形為具有峰值的50Hz的交流電，并由于采用晶閘管控制導(dǎo)通角的特性還會(huì)有一段冷卻時(shí)間，焊接時(shí)間的控制精度為周波級(jí)（20ms）。中頻逆變電源輸出的焊接電流波形為平滑的直流電，沒(méi)有電感分量，沒(méi)有峰值沖擊，焊接時(shí)間控制精度為毫秒級(jí)（ms）。

圖1 工頻交流電源與中頻逆變直流電源焊接原理

圖2 工頻交流電源與中頻逆變直流電源波形

4. 中頻逆變直流點(diǎn)焊機(jī)焊接雙金屬的優(yōu)勢(shì)

（1）沒(méi)有峰值電流，極大地減少了焊接飛濺，提高了焊接強(qiáng)度和表面質(zhì)量。

（2）焊接電流為直流電，熱量集中輸入穩(wěn)定，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，工件變形小。

（3）由于輸入的是平穩(wěn)的直流電，時(shí)間控制為毫秒級(jí)，所以可以調(diào)制出更精確的焊接規(guī)范。

（4）節(jié)能。由于采用逆變技術(shù)，熱效率高，比工頻交流節(jié)電30%。

（5）由于采用三相輸入電源，可以實(shí)現(xiàn)三相電源平衡，對(duì)外網(wǎng)沖擊小。

5. 結(jié)語(yǔ)

采用中頻逆變直流技術(shù)焊接雙金屬片，能有效地提高焊接質(zhì)量，增加焊接的穩(wěn)定性和可靠性，使電阻焊特種焊接（尤其是低壓電器行業(yè)的材料焊接）成為可能。隨著中頻逆變技術(shù)的發(fā)展，中頻逆變技術(shù)在電阻焊焊接中的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。