一种镀镍铜线束与铜板的微点焊工艺的制作方法

本发明属于焊接工艺技术领域，具体设计一种镀镍铜线束与铜板的微点焊工艺。

背景技术：

整流二极管是电机驱动器中的重要部件，其连接质量对驱动器的服役寿命有重要的影响。镀镍铜线束和铜板的匹配形式是整流二极管中常见的连接形式。微点焊工艺因其自动化程度高、成本低等优点在微观尺度连接领域广泛应用。传统的单次微点焊工艺来进行镀镍铜线束与铜板的微点焊连接主要存在以下两个问题：(1)线束与板的匹配形式散热快，热量难以集中；(2)镍镀层熔化温度高，界面难以熔化形成有效连接。若采用单次焊接的工艺方法，回路中的电阻主要由镀镍铜线束和铜板的本体电阻产生，界面接触电阻较小，焦耳生热量少。同时，界面处的镍镀层熔化温度高，约1400℃，比铜熔化温度(1083℃)高出约30％。若采用大焊接电流达到镍镀层的熔点，铜材会因为受热过大发生软化从而产生较大的变形，影响焊接质量，出现焊裂等工艺问题。若采用小焊接电流，镍镀层难以达到熔化温度，导致漏焊等工艺问题的产生。因此，改变焊接过程的温度分布，提高界面温度，降低铜材料的温度，减小铜板变形同时熔化镍镀层实现有效连接，是镀镍铜线束与铜板微点焊连接中亟待解决的工艺难点。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供了一种镀镍铜线束与铜板的微点焊工艺，采用多次焊接的工艺方法来提高镀镍铜线束与铜板点焊接头的连接质量。

本发明是通过如下技术方案实现的：包括以下具体操作步骤：

1)预压，将待焊接的镀镍铜线束与铜板夹装在焊接工装上，启动点焊机，定位后的待焊接工件移至电极下方，待焊接工件进入钨铜电极中间，电极将待焊接的镀镍铜线束与铜板进行预压，压紧力保持在150～180n之间；

2)第一次焊接，经预压后，点焊机焊接放电，进行第一次焊接，本次焊接热量输入为2.2kw，焊接时间为25ms，本次焊接完成后，进入第一次冷却；

3)第二次焊接，点焊机经第一次焊接并冷却后，进行放电并进入第二次焊接，第二次焊接的焊接热量输入为3.12kw，焊接时间为20ms，本次焊接完成后，进入第二次冷却；

4)第三次焊接，点焊机经第二次焊接并冷却后，进行放电并进入第三次焊接，第三次焊接的焊接热量输入为3.12kw，焊接时间为20ms，本次焊接完成后，进行放电；

5)保压，第三次焊接完成后，进入保压状态，电极对焊接件的保压压力与预压时压力相同；

6)上述步骤完成后，电极松开，焊接后的产品回到原点。

进一步，所述步骤1)中预压压力为170n，预压时间为200ms。

进一步，所述步骤5)中保压压力为170n，保压时间为30ms。

进一步，所述步骤1)与步骤2)中第一次和第二次冷却时间均为15ms。

进一步，所述点焊机采用miyachiisb-800a型点焊机。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)相比传统的一次焊接工艺，多次焊接工艺能够熔化接合界面镍镀层，有效减少残留镍镀层对点焊接头连接质量的影响；

(2)一次焊接工况时，镀镍铜线束和铜板时的连接方式为机械嵌合；多次焊接工况能实现镀镍铜线束与铜板之间的固相连接，提高焊点连接强度；

(3)多次焊接工艺方法能够有效的减小铜板的弯曲变形程度，改善焊点开裂等工艺问题，提高焊点连接质量。

附图说明

图1为传统一次焊接的焊点连接示意图；

图2-1为图1中1处金相图；

图2-2为图1中2处金相图；

图3为本发明焊接的焊点连接示意图；

图4-1为图3中1处金相图；

图4-2为图3中1处金相图；

图5为传统一次焊接铜板的变形量；

图6为本发明焊接铜板的变形量。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本镀镍铜线束与铜板的微点焊工艺，依次包括对焊接件的预压、第一次焊接、第一次冷却、第二次焊接、第二次冷却、第三次焊接和对焊接件的保压；整个焊接的具体操作步骤为：先将要焊接在一起的镀镍铜线束和铜板装夹在工装上，启动miyachiisb-800a型号点焊机开关，定位好的待焊接工件自动运行至电极下方，焊接机头下降，待焊接工件进入钨铜电极中间，电极将要焊接的镀镍铜线束和铜板夹紧，夹紧力可为150～180n，本实施例的夹紧力优选170n对待焊接件进行预压，经过200ms的预压过后，点焊机焊接放电进行第一次焊接，第一次焊接的焊接热量输入为2.2kw，第一次焊接的焊接时间为25ms。放电后，进入第一次冷却，第一次冷却的冷却时间为15ms。第一次冷却结束后，点焊机焊接放电进行第二次焊接，第二次焊接的焊接热量输入为3.12kw，第二次焊接的焊接时间为20ms。放电后，进入第二次冷却，第二次冷却的冷却时间为15ms。第二次冷却结束后，点焊机焊接放电进行第三次焊接，第三次焊接的焊接热量输入为3.12kw，第三次焊接的焊接时间为20ms。放电结束后，进入保压状态，电极对焊接件的夹紧力同预压。保压30ms，保压完成后，电极松开，点焊机头上升，焊接好的产品回到原点。

传统的一次焊接工艺方法，焊接工艺经过预压-焊接-保压三个阶段，焊接时序的热量输入和时间分别为2.54kw和40ms。

现对传统的一次焊接工艺和本发明所提供的多次焊接工艺进行实验对比。两组实验的预压、保压和工况等条件保持相同，实验材料是直径为0.8mm的镀镍铜线束与厚度为0.2mm的铜板，其镀镍厚度为0.2um。将两组实验所最终成型的焊接件的焊接接头经过切割，镶嵌和机械磨抛后，采用铜材专用的腐蚀剂(硝酸铁5g+盐酸25ml+水70ml)进行腐蚀，通过leicas6型体视显微镜观测结构的宏观形貌，通过leicadm2500型金相显微镜下观测点焊接头微观组织。

结合界面分析

传统一次焊接的焊点连接质量如图1所示；图2-1和图2-2分别显示了图1中镀镍铜线束和铜板点焊接头上接合面(图1中标号1处)、焊接头下接合面(图1中标号2处)的金相图。由图2-1和图2-2的金相图可以看出连接线上组织与镀镍铜线束的镀层组织相同，此现象说明接合界面处有未熔化的镍镀层残留，并未形成有效的固相连接。根据金相图显示，一次焊接时镀镍铜线束与铜板的接合界面处残留未熔化的镍镀层，影响接头连接质量，接头强度有待进一步提高。

通过多次焊接工艺优化后的镀镍铜线束与铜板微点焊接头如图3所示；图4-1和图4-2分别显示了图3中镀镍铜线束和铜板点焊接头上接合面(图3中标号1处)、焊接头下接合面(图3中标号2处)的金相图。图4-1展示了接头上接合面的金相图。铜线束在铜板中嵌入深度最大的位置的微观组织显示，镀镍层部分熔化，与铜板中的铜元素扩散形成共晶混合物，实现接合界面的固相连接。在接合区域与未接合区域的过度段，镀镍层残留在接合界面，且此处的晶粒尺寸小于接合长度中心位置处的晶粒尺寸，说明此位置的连接温度低于接合中心位置。此现象说明微点焊接头的上接合界面处，镍镀层在部分区域完全熔化，相比机械嵌合连接方式，上接合界面处形成了连接强度更高的固相连接。图4-2展示了接头下接合面的金相图。在下接合界面的接合区域的中心位置，镍镀层完全熔化，在界面处形成宽度约为100μm的铜-镍固溶体。此处的晶粒尺寸大于上接合界面的相同位置，说明此处在焊接过程中的温度较高。在过渡区域，镍镀层部分熔化，软化的铜材料部分扩散到中间层，形成一条宽度为50μm的铜、镍共存的组织。从以上微观组织显示可知，下接合界面形成了固相连接的点焊接头，且由于下接合界面处的在点焊过程中的温度高于上接合界面，镍镀层完全熔化与铜材形成固溶体，提高连接强度。

铜板变形量分析

铜板因为变形量过大而导致开裂问题是镀镍铜线束与铜板微点焊连接工艺的主要工艺问题之一。图5和图6分别显示了一次焊接和多段焊接微点焊工艺中铜板的变形量。如图所示，一次焊接工艺中，铜板下部在电极压力的作用下被压合，导致铜板折弯处应力集中明显，从而导致铜板开裂、压溃等焊点质量问题。多次焊接工艺中，铜板下部有较大的间隙，折弯处的变形较小，相比较一次焊接工况，铜板受到的应力有明显降低，有助于改善铜板开裂等工艺问题。

为进一步定量分析焊接过程中铜板的变形量，两种焊接工况下，焊接前，铜板平行处间隙在焊接之间测量值为0.8mm。一段焊接之后的铜板被压合，其焊后间隙为0mm，变形量为0.8mm。多段焊接优化后，铜板平行处的间隙经测量为0.6mm，变形量为0.2mm，其值是原间隙的25％。由此说明，多段焊接工艺降低了铜板在焊接过程中的变形量，降低了铜板折弯处的应力集中，改善了在在焊接过程中的焊接开裂问题，提高镀镍铜线束与铜板微点焊工艺的连接质量。

以上实验结果表明：(1)相比传统的一次焊接工艺，多次焊接工艺能够熔化接合界面镍镀层，有效减少残留镍镀层对点焊接头连接质量的影响。

(2)一次焊接工况时，镀镍铜线束和铜板时的连接方式为机械嵌合；多次焊接工况能实现镀镍铜线束与铜板之间的固相连接，提高焊点连接强度。

(3)多次焊接工艺方法能够有效的减小铜板的弯曲变形程度，改善焊点开裂等工艺问题，提高焊点连接质量。