陳俊峰，唐宏基，王明文

(桂林航天電子有限公司，廣西桂林，541002)

1 引言

電磁繼電器是型號“高質(zhì)量、長壽命、平時完好、戰(zhàn)時有效”的重要基石，多余物是電磁繼電器的常見病[1]，而金屬多余物質(zhì)量問題數(shù)約占多余物質(zhì)量問題總數(shù)的60%。按照GJB2888、GJB1042等標(biāo)準(zhǔn)通?？刂?5.4μm以上的多余物，但隨著型號的發(fā)展和電磁繼電器的小型化，該要求已難以滿足要求。根據(jù)多余物危害度分析，本文提出了控制10μm以上金屬多余物的要求，并研制應(yīng)用專用設(shè)備進行多余物控制。

2 金屬多余物來源及危害度分析

金屬多余物主要來源包括：1)脫落類，主要是金屬毛刺脫落、鍍層脫落、鉚接擠出物脫落、焊錫脫落等；2)點焊飛濺，此類多余物是金屬多余物的主要來源，由于機理復(fù)雜，生產(chǎn)過程中存在較多的不確定因素，目前控制效果差強人意，這是本文研究重點；3)操作或測量外界帶入等。

金屬多余物在沖擊或振動條件下激活，隨機游動，在特定的觸點負(fù)載條件下可導(dǎo)致電磁繼電器誤動作或失效[2-4]。概括來說金屬多余物的危害表現(xiàn)為：1)導(dǎo)致觸點通斷異常，如觸點橋接、觸點不通、接觸電阻超差；2)導(dǎo)致動作電壓超差；3)導(dǎo)致介質(zhì)耐電壓、絕緣電阻下降。

金屬多余物的最小危害是導(dǎo)致接觸電阻超差，即不滿足接觸電阻R≤50mΩ的要求，金屬多余物的成分主要是鐵、銅、金，假設(shè)金屬多余物為球形，電阻率ρ=1μΩ·m，半徑為r，與觸點球面接觸，則：

接觸電阻實際還包括測試回路的材料電阻、收縮電阻和表面膜層電阻，本文為了確保接觸電阻合格，將金屬多余物控制標(biāo)準(zhǔn)提升至10μm。全程梳理電磁繼電器制造過程，針對金屬多余物的來源及特點，采取“防”(防止產(chǎn)生多余物)、“去”(產(chǎn)生多余物后能有效去除)、“檢”(如果沒有去除干凈則能通過檢查、檢驗等手段發(fā)現(xiàn)并剔除)控制技術(shù)減少金屬多余物質(zhì)量問題。

3 脫落類金屬多余物控制技術(shù)研究

根據(jù)瑞利判據(jù)，裸眼在明視距離處可以分辨100μm的物體，最小尺寸約為30μm，為達到控制10μm多余物的要求，對進入裝配環(huán)節(jié)的全部零件用10倍體式顯微鏡檢查。鍍層按照GJB1941等標(biāo)準(zhǔn)進行批次結(jié)合力、耐熱性檢查，合格后方可進入裝配環(huán)節(jié)。采用數(shù)控旋鉚設(shè)備控制旋鉚行程、壓力、形變等參數(shù)，避免鉚接擠出物。線圈引出線由錫焊改進為點焊，不僅可以減少金屬多余物，而且可以減少膜污染多余物。

4 點焊飛濺類金屬多余物的控制技術(shù)研究

電磁繼電器點焊飛濺多余物是金屬多余物的主要來源，而電磁繼電器的觸簧系統(tǒng)、電磁系統(tǒng)、整件基本上是通過點焊連接的。焊接過程是一個多變量的非線性耦合過程[5]，通常受到焊接參數(shù)(焊接電流、時間、壓力等)、電極材料和形狀、焊接零件表面狀態(tài)、鍍層等因素的影響。

我們首先應(yīng)用焊接仿真軟件仿真優(yōu)化焊接參數(shù)，依據(jù)仿真結(jié)果和工藝試驗相結(jié)合進一步優(yōu)化工藝參數(shù)。改善焊接體系相關(guān)條件，包括改善沖包或沖筋尺寸組合，合理降低底鍍層厚度，改善熱處理效果，改善焊件表面狀態(tài)等。最后，應(yīng)用焊接參數(shù)在線測量設(shè)備精準(zhǔn)監(jiān)控生產(chǎn)過程中的焊接參數(shù)。

1)觸簧系統(tǒng)點焊飛濺類多余物的控制技術(shù)研究

以6JRXM-2電磁繼電器觸簧系統(tǒng)為研究對象，角片(BZn15-20δ0.3/Ep.Au1～3)與引出桿(4J29Φ0.8/Ep.Cu3Ni5SnPb3)通過點焊方式連接。應(yīng)用三維繪圖軟件構(gòu)建模型，利用網(wǎng)格劃分工具劃分網(wǎng)格，節(jié)點數(shù)量3543個，其中：簧片網(wǎng)格節(jié)點2175個，引出桿網(wǎng)格節(jié)點1368個；單元數(shù)量11654個，其中簧片單元5121個，引出桿單元6533個。電極材料為CrZrCu，上電極端面1.8mm×1.8mm，下電極端面3mm×3mm，下電極固定不動，上電極往下運動，引出桿的底部節(jié)點定義為全自由度約束。

圖1 6JRXM-2電磁繼電器觸簧系統(tǒng)網(wǎng)格劃分效果圖

通過修改角片形狀和包高、鍍層厚度、焊接參數(shù)和脈沖波形，仿真對點焊飛濺的影響。應(yīng)用500DPS型點焊機焊接，優(yōu)化前后參數(shù)對比如表1。

表1 6JRXM-2電磁繼電器觸簧系統(tǒng)焊接參數(shù)對比表

經(jīng)過生產(chǎn)實踐證明，點焊飛濺比例由67%下降至于0.5%，基本實現(xiàn)了無飛濺點焊。

2)電磁系統(tǒng)點焊飛濺類多余物的控制技術(shù)研究

以2JL0.5-2電磁繼電器電磁系統(tǒng)為研究對象，該系統(tǒng)由上支片(0Cr16Ni14δ0.3)、銜鐵(2J85δ0.6)、推動器(4J29Φ0.4/Ep.Ag5)、鐵芯(DT4EΦ0.5/Ep.Ni5)、下支片(0Cr16Ni14δ0.3/Ep.Ag3)、軛鐵(DT4E δ0.7/Ep.Ni2)通過多次點焊方式連接。應(yīng)用三維繪圖軟件構(gòu)建模型，利用網(wǎng)格劃分工具劃分網(wǎng)格，節(jié)點數(shù)量27765，其中上支片網(wǎng)格節(jié)點2108個，銜鐵推動器組網(wǎng)格節(jié)點7107個，鐵芯支片組網(wǎng)格節(jié)點18550個；單元109216，其中：上支片單元6430個，銜鐵推動器組單元數(shù)量27914個，鐵芯支片組單元數(shù)量74872個。電極材料為CrZrCu，上電極端面直徑為Φ1.8mm，下電極端面尺寸為10mm×6mm，下電極固定不動，上電極往下運動，定義下支片圓孔節(jié)點為固定約束。

圖2 2JL0.5-2電磁繼電器電磁系統(tǒng)網(wǎng)格劃分效果圖

通過仿真優(yōu)化焊接參數(shù)和脈沖波形，配合少量點焊工藝試驗。應(yīng)用HF25型點焊機焊接，優(yōu)化前后參數(shù)對比見表2。

表2 2JL0.5-2電磁繼電器電磁系統(tǒng)焊接參數(shù)對比表

經(jīng)過生產(chǎn)實踐證明，點焊飛濺比例由56.4%下降至0.37%，基本實現(xiàn)了無飛濺點焊。

3)整件點焊飛濺類多余物的控制技術(shù)研究

以4JG-4A電磁繼電器整件為研究對象，它由電磁系統(tǒng)的側(cè)板(0Cr16Ni14)和底座組(4J29δ2.5/Ep.Cu3Ni3)通過四個位置的點焊連接。應(yīng)用三維繪圖軟件構(gòu)建模型，利用網(wǎng)格劃分工具進行四面體網(wǎng)格劃分，節(jié)點數(shù)量44984，其中：電磁系統(tǒng)網(wǎng)格節(jié)點20084個，底座組網(wǎng)格節(jié)點24900個；單元167479個，其中：電磁系統(tǒng)單元77496個，底座組單元89983個。電極材料為CrZrCu，上電極端面直徑為Φ3mm，下電極端面尺寸為5mm×40mm，下電極固定不動，上電極往下運動，定義電磁系統(tǒng)上部分為固定約束。

圖3 4JG-4A電磁繼電器整件網(wǎng)格劃分效果圖

通過仿真優(yōu)化焊接參數(shù)、鍍層厚度，配合少量點焊工藝試驗。應(yīng)用875DPS型點焊機焊接，優(yōu)化前后參數(shù)對比如表3。

表3 4JG-4A電磁繼電器整件焊接參數(shù)對比表

經(jīng)過生產(chǎn)實踐證明點焊飛濺比例由25%下降至0.3%，基本實現(xiàn)了無飛濺點焊。

4)改善焊接體系相關(guān)條件

DT4E通常采用氫氣退火處理，過程中材料內(nèi)的鋁、硅、錳雜質(zhì)在表面形成致密的氧化層，惡化焊接條件，加大能量會導(dǎo)致點焊飛濺較大。本文首先利用碳?xì)湔婵涨逑丛O(shè)備清洗零件，清洗條件為：真空度-40KPa，超聲波頻率40KHz，清洗時間3min；然后在5×10-3Pa、1000℃±10℃條件下真空退火處理可改善點焊性能。

同時改善鍍層狀態(tài)，本文研究表明控制中間鎳鍍層厚度在2μm左右，粗糙度Ra1.6～Ra3.2，鍍后在1000℃條件下凈化10min～20min可以提高純鐵件的可焊性。

5)焊接參數(shù)的在線監(jiān)測

減少點焊飛濺不僅要設(shè)置合理的焊接工藝參數(shù)，而且要全程控制參數(shù)的一致性。實際生產(chǎn)過程中焊接參數(shù)會發(fā)生漂移，因此我們研制了自動焊接設(shè)備[6]，應(yīng)用ADAM焊接參數(shù)監(jiān)測儀監(jiān)控焊接過程的參數(shù)，通過與電流監(jiān)測線圈、電壓傳感器、電極壓力傳感器配合，實時監(jiān)測電流、電壓、功率、電阻的峰值及有效值，同時監(jiān)測焊接時間、電極壓力、位移的實際值，并設(shè)置上下限，當(dāng)實際值超出設(shè)定限額時就會報警并停止工作，可以及時發(fā)現(xiàn)并剔除異常焊件。

圖4 ADAM焊接參數(shù)監(jiān)測儀

圖5 焊接參數(shù)在線監(jiān)測圖

5 外界帶入類金屬多余物的控制技術(shù)研究

外界帶入的金屬多余物一般是由產(chǎn)品測試和調(diào)試引起。一般采用塞片測量觸點間隙，測量時塞片與觸點反復(fù)摩擦，易帶入多余物到觸點工作部位。一般利用手持測力計測量觸點壓力，不僅易帶入多余物，而且測量的壓力值不準(zhǔn)確。我們研制了觸點間隙測量和觸點壓力測試設(shè)備，應(yīng)用CCD原理測試觸點間隙，觸點間隙測量精度達0.01mm，應(yīng)用精密測力傳感器測量觸點壓力，觸點壓力測量精度達0.5g。通過設(shè)備應(yīng)用減少帶入多余物的可能性。

6 金屬多余物的檢查方法

生產(chǎn)過程中通常采用體式顯微鏡檢查金屬多余物，手工剔除；成品通常采用X光、粒子碰撞噪聲監(jiān)測(Particle Impact Noise Detection，PIND)檢查[7]，并剔除不合格產(chǎn)品。本文在此基礎(chǔ)上，研究應(yīng)用在線激光顆粒物分析儀檢查生產(chǎn)過程的金屬多余物。首先采用高頻自動清洗設(shè)備清洗，清洗參數(shù)為：頻率170KHz、功率密度0.52W/cm2、時間8min[8]，清洗液以62.6mL/min的速度通過檢測分度達2μm的在線激光顆粒物分析儀檢測金屬多余物，平均顆?？倲?shù)檢測結(jié)果為27CNT/mL，詳見表4。

7 金屬多余物的控制效果

研究技術(shù)成果經(jīng)24個批次7981只產(chǎn)品生產(chǎn)驗證，10μm以上金屬多余物大幅度減少，典型代表產(chǎn)品的PIND粒子波形淘汰率由0.21%下降到0.04%，控制技術(shù)已推廣應(yīng)用到10多個電磁繼電器型號上。

8 結(jié)論

通過系統(tǒng)梳理金屬多余物的來源，采取針對性控制技術(shù)，有效控制了10μm以上的金屬多余物，較好的解決了電磁繼電器金屬多余物問題。通過研究，本文得出結(jié)論如下：

1)隨著型號的發(fā)展和電磁繼電器的小型化，將電磁繼電器金屬多余物控制標(biāo)準(zhǔn)由25.4μm提升至10μm是適宜的。

2)應(yīng)用焊接仿真軟件與工藝試驗相結(jié)合的方法優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，調(diào)整熱處理和鍍層后處理方法可以有效改善焊接體系相關(guān)條件；應(yīng)用自動焊接設(shè)備和焊接參數(shù)在線測量設(shè)備精準(zhǔn)監(jiān)控生產(chǎn)過程，可以大幅度減少點焊飛濺多余物。

3)研制應(yīng)用觸點間隙測量和觸點壓力測試設(shè)備不僅能提升觸點間隙和觸點壓力的測量準(zhǔn)確性，而且能有效減少帶入類金屬多余物。

4)應(yīng)用高頻自動清洗設(shè)備和在線激光顆粒物分析儀可以有效檢測產(chǎn)品裝配過程中的金屬多余物。