无焊绕接工艺技术及其应用
舒 畅,孙玉红,刘成文
(阿城继电器股份有限公司,黑龙江 哈尔滨 150302) )
摘要:介绍在电力电子设备行业为了实现电气连接牢固耐久,抗老化和耐腐蚀,而使用的无焊绕接技术,详细论述了绕接技术的工具选用、工艺过程、绕接点的检验、合格判据,并将绕接技术与传统的锡焊技术进行了比较,指出了绕接技术的优点及应用前景。
关键词:绕接;绕头;绕套;绕接点;接触电阻
无焊绕接技术,是用一种专用工具—绕接器,对单股实心裸导线施加一定拉力,使之按规定的圈数紧密的缠绕在带有棱边的接线柱上,使导线与接线柱形成牢固连接接点的技术,从而达到可靠的电气连接。是一种不同于螺钉连接、焊接、压接、刺破接连的连接方式。导线与接线柱绕接而成得接点有两种形式,一种为常规型,一种为防震型。绕接工艺是美国****的电话公司—西方电气公司贝尔电话实验室20 世纪50 年代早期首次进行研究,并于1953 年获得了成功应用。威斯汀公司于1954 年将绕接工艺在自动电话机上进行了试验,在恶劣的环境条件下运行了半年,2000 个绕接点全部良好。美国国家航空、空间管理局、联邦航空协会和国防部等部门相继采用了绕接工艺。日本在1960年前后已普遍采用于电话自动交换机,后来又应用于计算机、电视机和录音机等各种电子设备。此外,英国、联邦德国、加拿大、法国、苏联、罗马尼亚、南斯拉夫等也都已采用。20 世纪70 年代初期,中东、远东、南美和非洲一些国家也开始采用绕接工艺。不少国家制定了本国绕接标准,技术先进的国家采用了自动或半自动绕接工艺。国际电工委员会于1971 年制定了IEC(352) 绕接技术标准,并于1979年颁布了该标准的修正草案。
我国20 世纪70 年代中期首先开始在通讯设备和计算机设备上进行绕接工艺的试用和研究,并开始了绕接专用的工具、测试工具、接插件和导线的批量生产,研制了半自动绕接机。其应用相继扩展到了载波机、电气仪表及其它数控设备的制造上,并于1983 年制定了我国邮电部YD304 - 83 绕接标准。
1 绕接工艺要素
1. 1 绕接工具
绕接工具的好坏,直接关系着绕接点的质量,是绕接工艺的一个关键因素。
1. 1. 1 绕枪
亦称绕接器,是绕接工艺的必备工具,起着给绕头定位和提供旋转动力的作用。绕枪的种类较多,有电动、气动和手动等多种。绕枪转向为反时针方向,转速不能超过3 000 r/ min ,以免绕接时导线产生脆断。
1. 1. 2 绕头和绕套
绕头和绕套是绕接工艺的关键,是保证绕接质量的一个重要因素。其规格的选择应根据导线规格、接线柱形状尺寸和间距及绕接点工作条件来进行选择。绕头分为常规型、防震型和自动剥皮型三种类型。
1. 1. 3 退绕器
退绕器是用来退除错绕的绕接点之用的。
1. 1. 4 拉脱力测试器
拉脱力测试器是用来检验绕接连接点性能的测试工具。测试的同时,也检验了绕枪和绕头的性能。
1. 1. 5 其它
直流电源(30 V、10 A) 、直流电流表(5 A、0. 5级) 、数字式毫伏表(HF - 3) 、显微放大镜(15 ×) 。
1. 2 绕接用导线和接线柱
在绕接连接中,绕接用导线和接线柱是保证绕接质量的重要因素。
1. 2. 1 绕接用导线
为了保证绕接接点的拉脱力质量指标,绕接用导线除了要有良好的导电性外,还要具有良好的机械性能,包括足够的弹性性能(直径为0. 5 mm 以下的导线其最小伸长率应在15 %以上) 和适当的硬度(维氏硬度为95～220) 。一般采用单股实心圆形的铜或铜合金材料。导线镀层为锡、铅锡合金或银、镀层厚度****为20 μm 左右。导线绝缘层要求绝缘性能好,附着力低,容易剥落和非脆性。剥除绝缘层时应注意不得损害导线的性能,切忌导线的径向刻伤。
1. 2. 2 接线柱
接线柱的结构外形、材料和镀层的选择对保证绕接技术的可靠性起很重要的作用。接线柱应有较好的弹性和足够的抗扭刚度,使之能经受绕接应力和导线的机械负荷。接线柱的硬度要求为维氏硬度95～220 。对角线小于1. 3 mm 的接线柱应能经受5次重绕,对角线大于1. 3 mm 的接线柱应能经受10次重绕。接线柱常用材料有磷青铜、铜锌合金、铜铍合金等。镀层要求同绕接用导线。接线柱的截面必须采用至少有两个锐利棱角的几何形状,这样才能保证绕接时产生气密性接触区和防止导线脱绕。常用截面为正方形和矩形,并以矩形为****。矩形的宽与厚之比不宜大于2 。
2 绕接工艺过程
2. 1 导线剥皮
按绕接圈数调节专用去皮钳,控制剥皮长度的档块,调整好后固定。然后,将导线压入V 型刃口并拉直,剪掉多余线头,再用手把导线由V 型刃口中拉出,剥去导线外皮。
2. 2 插导线
把剥皮的导线的裸露部分沿绕套的漏斗端插入绕头的导线槽中如图1 所示。
2. 3 导线折弯
把导线在绕套的导线固定缺口处折弯如图2 所示。
2. 4 套接线柱
手捏住导线,另一只手握绕接器,把绕头上的接线柱孔套在被绕接的接线柱如图3 所示。
2. 5 绕接
手对绕枪施加一定的推力,扣动扳机,使导线紧密地缠绕在接线柱上如图4 所示。
2. 6 退出绕头
退出绕头,完成一个绕接点如图5 所示。
3 不合格绕接点处理
不合格接点,接线错误的接点或更改布线时,需将相关接点拆下,用退绕器退绕。退绕器中心孔应比接线柱对角线大0. 1 mm 左右,孔深比接线柱长1mm～2mm。进行退绕时,将退绕器中小孔套在接线柱上,并做反向旋转,这时退绕器顶端螺旋状尖角,开始切入接点线圈之间,把螺旋线圈从接线柱上分离开,随着退绕器的旋进,接点线圈一边被松开,一边随着退绕器螺旋槽的轨道旋绕在退绕器上如图6 所示。退绕完接点线圈后,拉出退绕器,保持接点引出线不动,旋转工具,使导线从工具上慢慢退下。完成一个接点的退绕如图7 所示。
4 绕接点的质量检测
4. 1 直观检查绕接点有效圈数(除去首尾端的半圈) 及拉脱力要求见表1 。
(1) 除首尾两圈外,相邻两圈导线间隙不大于线径一半,这些间隙总和不得大于线径如图8 、图9 所示。
(2) 在最少有效圈数中无叠绕现象如图10 所示。
(3) 接线柱经一次退绕后,仅允许重绕一次。一个接线柱上不得有超过三个绕接点。
(4) 绕接点中导线最后一圈的尾端,允许沿切线方向延伸,但不能伸出超过导线的直径如图11所示。
(5) 绕接点不允许超出接线柱如图12 所示。
(6) 绕接点引出线的走向应以接点旋转方向一致,绕好后的接点线圈不允许松开。
(7) 同一接线柱上,绕接和焊接共存时,先焊接,间隙开再绕接。
(8) 绕接完成后,接点不得有明显外形损伤或撕裂现象。
4. 2 拉脱力检验
在产品设备外,对应每套绕头绕套做5 个绕接点,逐个做拉脱力测试如图13 所示,拉脱线速度为50 mm/ min～100 mm/ min(拉脱力测试转速为40 r /min ～80 r / min) 。拉脱力应符合表1 要求。
4. 3 退绕检验
退下的导线应完整不断裂,退绕后的导线,绕接点线圈部分不能再用。
4. 4 气密性检验
气密性检验,是鉴定接点中接触区的气密程度。经6. 4. 1～6. 4. 4 处理的接点,用显微放大镜观察,并通过放大镜坐标,换算出实际的气密区受污染的变色面积(近似值) 及光亮的气密区面积(近似值) 。在气密性接触区,受污染变色的面积不得超过25%。气密区合格面积的总和至少等于导线截面积。
4. 4. 1 把一组(不少于5 个) 绕接点悬挂于有王水
溶液(用浓盐酸和浓硝酸1∶1 配制) 约1 mL ～2 mL的试管中,并用软木塞塞住,使接点在王水雾气中暴露10 min ,注意不得接触到王水溶液。
4. 4. 2 把已被化学气体腐蚀过的绕接点转放到另
一支有浓硫化铵溶液约1 mL 的φ16 mm ×150 mm的试管中,也应注意悬挂接点时不要接触硫化铵溶液,然后用软木塞塞住,使接点暴露于硫化铵雾气中,直到外表颜色变黑为止。
4. 4. 3 取出接点试样风干,用退绕器细心退下导线
(应注意不要划伤接线柱) ,按规定观察气密接触区,应有与变黑区域截然不同的光亮点。如超过上述的规定,即判为不合格接点。
4. 4. 4 用放大镜观察气密性接触区。
4. 5 接触电阻的检验
按图14 所示方法测试,通过绕接点电压应不大于4 mV。对于线径为0. 4 mm ,0. 5 mm ,0. 6 mm绕接点,测试接触电阻时所用电流为2. 4 A。对于线径为0. 7 mm 绕接点,测试接触电阻时所用电流为7. 5 A。
5 绕接注意事项
5. 1 绕接器电源及引线无漏电现象
5. 2 出现不合格绕接点,应用退绕器退绕后再行绕接,不允许用其它工具调整。
5. 3 经拉脱力测试后的接线柱不能再用于绕接。
5. 4 退绕后的导线可以剪去剥皮部分,再剥皮进行绕接。
5. 5 正常操作的工具,绕头、绕套,每天都应进行一次时间间隔测试,操作8 000 次时,也要进行一次性能测试,接点必须符合拉脱力要求后才能进行绕接。
6 结束语
绕接连接与同锡焊连接有本质区别,比锡焊连接有较大的优越性,具有如下特点:可靠性为锡焊连接的十倍以上,工作寿命长达到40 年。绕接连接从根本上消除了锡焊连接存在的虚焊问题。绕接点牢固耐久,抗老化和耐腐蚀。防震型绕点的抗震能力是锡焊连接无法比拟的。绕接连结的生产质量稳定,外观整齐,无锡焊连接需清理导线头,锡渣和熔剂余痕的麻烦,也就消除了由此而产生的短路和腐蚀和隐患。绕接操作简单,容易掌握,工人一般经1天～2 天的培训便可进行操作,而锡焊工人的熟练掌握需半年至一年时间。绕接对导线的绝缘层及元器件无热影响。绕接无污染物,改善了工作条件。能充分利用空间,可以实现高密度装配,有利于产品小型化,还为产品电气连接操作向自动化方向发展提供了有利条件。退绕方便。质量容易控制,检验直观简单。绕接不用锡焊料和熔剂,降低了生产成本,比锡焊连接可提高工效一倍,如果采用半自动或自动绕接,则可大幅度地提高工效。与锡焊相比可节约电能一半以上。
尽管绕接有无可比拟的优点,但也存在一定的局限,比如:绕接点使用的导线头比锡焊点的长,多股导线不能进行绕接,直径大于1. 32 mm 的导线目前还不能进行绕接,生产或维修中需要改换错绕点时比锡焊麻烦,再进一步提高装配密度比较困难。
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