一款接触器触头组钎焊表面镀层烧蚀的研究和改进

秦琰磊，李永燕，徐 龙，熊浩凯，韦阳华

(桂林航天电子有限公司，桂林，541002)

1 引言

接触器触头组是保证接触器正常通断的核心组件，承担通断电路和承载负载的作用，触头组焊接质量的好坏直接影响接触器的质量。目前165厂零部件钎焊的方式主要有：电阻钎焊、锡焊和真空钎焊，由于接触器触头具有挥发性且体积较大，不适合锡焊和真空钎焊，因此选用电阻钎焊的方式焊接。本文针对一款接触器触头组钎焊表面镀层的烧蚀情况进行研究，通过仿真分析触头组钎焊表面镀层烧蚀情况的因素，优化了焊接参数和电极形状，有效解决了焊接部位镀层烧蚀的问题。

1 接触器触头组电阻钎焊

某接触器触头组的材料为银氧化镉(触头)和黄铜(触头座)，如图1所示。焊接过程中，上电极、焊件、下电极形成电流通路，利用电能使石墨电极升温将焊料熔化，浸润触头、触头座，填充两者间隙，待降温固化后达到连接触头和触头座的目的。

图1 某接触器触头组钎焊图

1.1 触头组钎焊原理

某接触器触头钎焊采用银基钎料：HYAg40Sn。经电流热效应加热融化后，液态钎料浸润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，实现连接的焊接方法。

1.2 触头组钎焊效果

某接触器触头组在钎焊后出现触头、触头座表面镀层烧蚀、起皮、发黑等现象，使得接触器的整体配合度和外观较差，如图2所示。分析认为，在空气条件下进行钎焊，当焊接温度超过零件表面镀层的熔点时，容易出现镀层发黑、烧蚀等现象。

图2 触头组钎焊效果图

2 钎焊件表面起皮、烧蚀的影响因素分析

2.1 材料选择不合理

触点座、引出端的材质为H62，其熔点为1193℃，符合钎焊要求，材料合理。钎焊片的材质为银基钎料HYAg40Sn，熔点630℃～640℃，远小于其他材料，材料合理。镀层的材质为银，熔点961.78℃，材料合理。

2.2 焊接工艺不合理

现行的钎焊工艺流程为修平电极→调整工艺参数→钎焊位置涂钎剂→钎焊。钎焊过程中需要观察钎料熔化、流动的情况，当钎料熔化并浸润四周缝隙时停止焊接，松开电极将工件取出，并将工件放入冷水中浸泡。通过调节钎焊参数对触点组进行验证，不同的参数对零件表面氧化、起皮的影响程度不同，均未解决该问题。

2.3 钎焊环境气氛无法控制

采用真空钎焊或惰性气体保护的方式可防止氧化，由于使用的触点材质主要为银氧化镉和银氧化锡，真空、高温条件下易挥发镉和锡。惰性气体可避免钎焊时材料与氧气接触，减缓材料氧化进程，但无法解决烧蚀问题，因此控制钎焊环境气氛无法解决该问题。

2.4 夹具不合理

夹具材料主要是CrZrCu和石墨，根据焊接现象分析，局部温度过高会使触点组表面氧化、起皮更严重。因此，触点组钎焊时氧化、起皮是由工装夹具设计不合理导致。通过优化钎焊夹具，控制石墨发热的能量传递和温度分布，可以有效提高触点组钎焊质量。

3 触头组钎焊过程仿真和优化

3.1 触头组钎焊过程仿真

对钎焊过程进行仿真，温度达到最高时的温度分布如图3所示，从温度分布可看出，夹具和零件的最高温度并未分布在钎焊片周围，且下电极内部有螺纹杆，螺纹杆在高温下出现了氧化、烧蚀等现象，这与实际钎焊时的现象相符。

图3 钎焊过程仿真温度最高时的温度分布

3.2 钎焊夹具优化

电阻钎焊原理是电流通过电极，使电极发热熔化焊料，达到钎焊的目的。电阻钎焊时，上、下电极串联于电路，其热功率为

其中：I为电路电流；

ρ为电极电阻率，石墨取10-5Ω·m；

l为电极有效长度；

S为电极有效横截面积；

由于通过上、下电极的电流相同，调整电极的长度和横截面积可以改变上下电极的热功率，有效调整整体的热量分布情况。由于原夹具下电极热量过大，本次改进拟减小其长度，增大横截面积。由于钎焊时下电极温度高于上电极，为了避免下电极内部的螺纹杆在高温下氧化、烧蚀，优化时针对下电极进行改进。

改进后，下电极横截面积增大，有效长度减小。对新结构进行仿真，最高温度时的温度分布如图4所示。改进后，上电极的温度高于下电极的温度，热量将从上电极流向下电极，理论上可以有效降低钎焊片熔化浸润时下电极的温度，起到保护触点组的表面镀层的作用。

图4 新结构钎焊过程仿真温度最高时的温度分布

4 钎焊优化改进验证

通过对钎焊夹具进行改进，将钎焊过程中的最高温度位置调整到钎焊片附近，将整体温度控制在镀层(Ag)和基体材料(Cu)的熔点下，可以有效提高焊接质量。

钎焊夹具改进后，接触器静触点组的焊接质量有明显改善，焊接后钎焊料浸润充分，无烧蚀、起皮和氧化现象。该改进已应用于某接触器的静触点组和动触点组的试焊，效果如图5所示。

图5 一款接触器的静触点组和动触点组的试焊效果

5 结论

本文针对一款接触器触头组钎焊表面镀层烧蚀进行研究，分析了造成触头组烧蚀的原因，并建立触头组和电极模型进行仿真分析，确定了优化电极外形的改进方案，有效解决了焊接部位镀层烧蚀的问题。接触器的静触点组和动触点组的试焊均无烧蚀、起皮和氧化现象，为产品研制提供了保障，同时也为其它型号接触器的触头钎焊提供了有效参考。