电磁继电器外壳组件钎焊工艺优化研究

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电磁继电器属于最基本的电子元器件之一,是航天、国防等高端领域的关键电子元器件,是武器型号“高质量、长寿命、平时完好、战时有效”的重要基石,对整机系统起着重要作用。电磁继电器由外壳组件、整件两部分组成,外壳组件主要作用在于密封电磁继电器及为用户提供安装功能,因此外壳组件是确保电磁继电器性能参数稳定性、使用可靠性的最重要部件之一。外壳组件焊接质量优劣直接关系到电磁继电器能否满足整机系统长寿命、高可靠的严酷要求。经过对试验过程及航天、航空、兵器和船舶等整机系统使用过程的电磁继电器失效现象进行统计,曾经多次发生因外壳组件焊接质量缺陷导致继电器触点抖断、安装件开裂等问题,对整机系统可靠性造成较大影响。为了解决外壳组件电阻钎焊连接强度不稳定、变形大、焊件熔蚀、合格率偏低等问题,确保电磁继电器满足整机系统长寿命、高可靠的严酷要求,本文从外壳组件钎焊质量影响因素的定性分析入手,通过理论分析、正交试验设计、有限元仿真分析、电阻钎焊新平台搭建、工艺试验等方面开展外壳组件电阻钎焊工艺优化研究,实现理论与实践有效结合,得出适合于电磁继电器外壳组件电阻钎焊的最优工艺参数,在钎焊连接强度均匀性、外壳口部变形量等关键指标控制方面取得突破。论文主要工作如下:首先对电磁继电器外壳组件电阻钎焊质量的影响因素进行定性分析,结果表明钎焊电流、钎焊时间、钎焊压力是影响外壳组件钎焊连接强度、外壳口部变形量等质量的关键工艺参数,其中钎焊电流是首要影响参数。在上述基础上,运用正交试验设计方法,研究钎焊关键工艺参数对电磁继电器外壳组件钎焊质量的影响,通过极差分析得出典型外壳组件单脉冲钎焊工艺参数的优化组合,为后续开展有限元仿真分析奠定基础。其次运用数值模拟分析的新方法、新技术,对典型电磁继电器外壳组件钎焊过程进行有限元建模与仿真分析,首先得出模型的瞬态温度场、应力场、变形量的变化规律,钎焊变形过大的主要原因是峰值温度超出适宜温度范围。之后,通过合理匹配双脉冲钎焊的脉冲1、脉冲2工艺参数,降低钎焊后期温度上升速率,使峰值温度处于适宜温度范围,减少钎焊变形。最后,对钎焊峰值温度、外壳口部变形量的有限元仿真分析结果进行对比分析,在此基础上得出钎焊工艺参数的优化范围,为后续确定最优钎焊工艺参数提供理论依据。然后通过搭建外壳组件电阻钎焊新平台,提升设备性能,满足外壳组件电阻钎焊的需求。在新平台上通过工艺试验对有限元仿真分析结果进行验证,根据钎焊连接强度、外壳口部变形量这两个关键指标的验证结果,得出典型外壳组件最优钎焊工艺参数为:钎焊压力250N、脉冲1钎焊电流/时间:15000A/8s,脉冲2钎焊电流/时间:13000A/2s。钎焊工艺优化后,外壳组件钎焊质量满足技术文件要求,连接强度均匀性更好,外壳口部变形量由0.114mm降低到0.091mm,合格率由83%提高到100%。工艺试验结果与仿真分析结果吻合性较好,证明了仿真分析的正确性。最后进行典型电磁继电器的产品级验证,验证结果表明:钎焊工艺优化后,外壳组件钎焊质量及合格率得到显著提升,对继电器装配没有不良影响,产品性能指标全面满足技术规范要求。目前外壳组件电阻钎焊工艺已在大、中、小等多种规格电磁继电器中推广应用,解决了原来外壳组件采用“点焊+锡焊”工艺质量不稳定、合格率偏低等问题,达到了研究目的。本文研究所得出的结论对于低压电器等类似产品具有借鉴作用。
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