大研智造丨直流電機(jī)壓敏電阻焊接工藝的深入探討與激光焊接技術(shù)的應(yīng)用

一、項目背景

直流電機(jī)因其出色的調(diào)速性能、強(qiáng)大的起動扭矩和優(yōu)異的過載能力，在工業(yè)自動化和家用電器中扮演著重要角色。然而，直流電機(jī)在運(yùn)行過程中，碳刷與換向器之間的電流換向會產(chǎn)生火花和噪音，這不僅影響電機(jī)的壽命，還可能對電網(wǎng)造成干擾。為了解決這一問題，壓敏電阻器被廣泛用于直流電機(jī)中，以減少換向火花和電磁噪音。

二、壓敏電阻簡介

壓敏電阻(Varistor)是一種由 ZnO、SrTiO3 等陶瓷材料制成的電子元件，它的電阻值具有非線性特性，在一定的溫度下和一定電壓范圍內(nèi)，其電阻值隨電壓的升高急劇下降。在直流電機(jī)中，壓敏電阻器并聯(lián)于換向器線圈銅鉤上，當(dāng)感應(yīng)電動勢超過其壓敏電壓時，壓敏電阻器的阻值迅速降低，從而分流換向器、電刷和線圈上的電流，減少換向火花和電磁噪音的產(chǎn)生。

三、焊接工藝的重要性

在焊接壓敏電阻環(huán)時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)，以保證焊接品質(zhì)：

（一）壓敏電阻的各個焊點(diǎn)大小要一致，壓敏電阻器不能偏芯或傾斜，否則會造成電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡，從而引起電機(jī)震動、噪音等，加快軸承的磨損，縮短電機(jī)壽命。

（二）釬料與換向器銅鉤、壓敏電阻器的電極要充分潤濕，釬料應(yīng)包裹住銅鉤表面，與壓敏電阻器電極的潤濕腳小于 45°，否則焊點(diǎn)的接觸電阻可能比預(yù)期大，壓敏電阻器在承受高的火花電壓時，其電阻值不能降到預(yù)期的值，也就不能達(dá)到預(yù)期的保護(hù)電機(jī)元件的目的。

（三）焊點(diǎn)周圍不能有太多的助焊劑殘留物，因?yàn)殡姍C(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，壓敏電阻器表面溫度最高可升至 130℃，在該溫度下，過多的助焊劑殘留物會在高溫的作用下軟化，再加上電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的離心作用，這些殘留物可能被甩到轉(zhuǎn)子與定子的間隙中引起電機(jī)卡死等不良現(xiàn)象。

四、國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外主要的直流電機(jī)生產(chǎn)廠家普遍采用電烙鐵加焊錫絲的方式進(jìn)行壓敏電阻的焊接。這種方式雖然成熟，但存在效率低下、助焊劑殘留多等問題，且清洗工序增加了生產(chǎn)成本和環(huán)境污染的風(fēng)險。

五、目前焊接工藝及其優(yōu)缺點(diǎn)

在目前使用的電機(jī)轉(zhuǎn)子焊壓敏電阻焊接工藝中，使用電烙鐵作為熱源，使用松香芯焊錫絲作為釬料對被焊接部位進(jìn)行接觸式焊接。

手工電烙鐵焊接工藝的難點(diǎn)是：換向器銅鉤垂直于壓敏電阻的電極面，且兩者之間有 1mm左右的間隙；焊接時，需要錫液在換向器銅鉤與壓敏電阻電極之間搭橋，使兩者相連形成焊點(diǎn)；而且電烙鐵焊咀不能直接接觸壓敏電阻電極，以免燒壞電極膜。

烙鐵焊是接觸式焊接，容易將錫液粘在烙鐵頭上，導(dǎo)致?lián)Q向器銅鉤不上錫，造成拉尖和不能搭橋等不良現(xiàn)象。另外，這種焊接方式的焊接效率低，焊好一個電機(jī)轉(zhuǎn)子需要花費(fèi)近 1 分鐘時間，這種方式已成為工藝瓶頸。第三，助焊劑與溫度較高的焊咀接觸，致使其活性降低，因此需要較高的助焊劑用量，因此其殘留量也很多，增大了殘留物的對電機(jī)性能的影響。從上圖可以看出，壓敏電阻環(huán)上聚集了較多的助焊劑殘留物，為了保證電機(jī)的可靠性，采用這種工藝焊接的電機(jī)轉(zhuǎn)子都要用有機(jī)溶劑清洗才會轉(zhuǎn)入下一工序。

由此可見，目前焊接工藝次品率高，殘留物多的一個重要原因是采用了接觸式焊接方式。為了對這一現(xiàn)狀進(jìn)行改善，需求非接觸式焊接在直流電機(jī)壓敏電阻焊接工藝中的應(yīng)用。非接觸式焊接加熱源不直接與軟釬料和被焊材料接觸，不會產(chǎn)生軟釬料粘連等問題；而且非接觸式焊接一般加熱時間短，對助焊劑的消耗少或無需助焊劑，因此，可以實(shí)現(xiàn)以較少的助焊劑使用量達(dá)到較好的焊接的效果，從而可以降低焊后殘留量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)免清洗的目的。

六、激光焊接工藝

激光焊接（Laser Soldering），作為一種先進(jìn)的非接觸式焊接技術(shù)，正逐漸成為焊接領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。它通過聚焦高能量密度的激光束，對目標(biāo)焊接區(qū)域進(jìn)行精確的局部加熱，實(shí)現(xiàn)了高效且精密的焊接過程。激光焊接技術(shù)以其卓越的焊接精度、微小的熱影響區(qū)域、迅捷的焊接速度、緊湊的操作空間、無需助焊劑的便利性、易于實(shí)現(xiàn)自動化控制以及靈活的輸出功率調(diào)節(jié)等優(yōu)勢，正被廣泛應(yīng)用于電子制造、醫(yī)療器械、航空航天等行業(yè)。

激光焊接的非接觸式特性顯著降低了焊接過程中的殘余應(yīng)力，減少了對鄰近焊點(diǎn)和部件的潛在損傷。在傳統(tǒng)手工焊接難以觸及的區(qū)域，激光焊接技術(shù)能夠輕松應(yīng)對，完成精細(xì)的焊接任務(wù)。其在狹小空間和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接作業(yè)中展現(xiàn)出無與倫比的優(yōu)勢，特別是在需要精確控制焊接點(diǎn)的微型電子組件焊接中。

此外，激光焊接技術(shù)的無殘留特性和無需清洗的過程，極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。它的熱影響區(qū)域小，意味著對焊接區(qū)域周圍材料的熱損傷風(fēng)險降至最低，這使得激光焊接成為提升焊接質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的理想選擇。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，激光焊接技術(shù)無疑將在未來的精密焊接領(lǐng)域扮演越來越重要的角色。

七、結(jié)論

激光焊接技術(shù)在直流電機(jī)壓敏電阻焊接中的應(yīng)用，不僅提高了焊接質(zhì)量，還減少了助焊劑殘留，有望實(shí)現(xiàn)免清洗焊接工藝。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，激光焊接將成為直流電機(jī)壓敏電阻焊接的優(yōu)選工藝。

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