理论教育 闪光对焊质量监控技术优化探讨

闪光对焊质量监控技术优化探讨

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:闪光对焊和其他电阻焊方法一样,实现质量监控可通过电参数和机械参数两种方式进行。图18-27 闪光对焊多参数控制系统的方框图[22]在主电路中,大功率晶闸管控制焊接变压器的通电,并在焊接过程中起调节焊接电压的作用。图18-28 闪光对焊机主电路及电压波形设焊接电压有效值与电网电压有效值之比为M,则M与α的关系可用图18-29的曲线表示。

闪光对焊质量监控技术优化探讨

闪光对焊和其他电阻焊方法一样,实现质量监控可通过电参数和机械参数两种方式进行。闪光对焊时,影响接头质量的参数很多,但实际生产中不可能而且没有必要对所有的影响参数都进行控制,通常是控制其中的一个或某几个参数。下面介绍一种焊接电压、电流和工件送进速度的多参数控制技术。

多参数控制技术是利用计算机技术,对影响接头质量的焊接电压、电流和烧化速度等参数进行实时监测、处理和控制,从而保证焊接质量的一种控制方法。控制系统由主电路、控制电路和辅助电路组成。系统功能方框图如图18-27所示。

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图18-27 闪光对焊多参数控制系统的方框图[22]

在主电路中,大功率晶闸管控制焊接变压器的通电,并在焊接过程中起调节焊接电压的作用。其调整作用由微处理机通过定时时问来控制。控制电路和辅助电路由微处理机和输入/输出电路组成。微处理机包括CPU、键盘、并行接口PIO、CTC等。输入/输出电路包括光电隔离电路、逻辑译码电路、控制信号和位置信号产生电路,以及同步信号产生、放大、驱动电路等。该系统的中心是CPU。通过PIO—Ⅰ,完成SCR触发、电极的夹紧与松开,以及起动电机等功能。通过PIO—Ⅱ,实现电流和电压的采样。CTC—Ⅰ用以完成采样点的定时以及SCR导通角的测量等功能。CTC—Ⅱ则用以进行各阶段的延时。数据的处理及判断则由CPU完成。

1.焊接电压程控及其自动补偿

焊接电压是闪光对焊重要的焊接参数之一。进行预热闪光对焊时,一般在预热阶段采用低电压,进入闪光阶段后采用较高电压。在闪光阶段,为了保证闪光过程的连续和稳定,以及为了建立合适的温度场,闪光过程各阶段的电压是不同的。因此,应能对焊接电压进行实时控制,以提供所需的各种电压,而且应同时能实现电压的自动补偿,以保持每次闪光过程中各个电压的稳定。

控制装置采用焊机的主电路,如图18-28所示。图中,α为晶闸管控制角。由图可知,焊接电压有效值

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式中U——电网电压有效值;

α——晶闸管控制角。

由式(18-10)可见,可以通过改变晶闸管控制角α来调节焊接电压有效值,以实现焊接电压的控制。

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图18-28 闪光对焊机主电路及电压波形

设焊接电压有效值与电网电压有效值之比为M,则

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M与α的关系可用图18-29的曲线表示。

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图18-29 M与α的关系[22](www.daowen.com)

当电网电压发生波动时,为了保持焊接电压稳定,需要对α角进行修正,以实现电网电压补偿。设给定电压为Ua0,额定电网电压为U0,给定电压比值为M0,则在电网电压波动前

Ua0=M0U0 (18-12a)

电网电压波动后

Ua=MU (18-12b)

式中Ua——实际焊接电压;

U——波动后的电网电压;

M——波动后的电压比值。

为使Ua=Ua0或MU=M0U0

则必须使

M=M0U0/U (18-13)

此即为电网电压补偿的算法

为了实现电压的实时控制,将图18-29的M-α关系曲线离散化,并存入微处理机内存。这样,对于给定的各阶段电压参数Ua,微处理机在每个周波导通之前计算出在额定电网电压时的M0值,并对电网电压进行测量,然后根据此时的电网电压值按式(18-13)计算出M值,再根据此M值查表得到对应的控制角α,进而对电网电压波动进行补偿。

这种系统已在LM—500型对焊机上用来焊接φ18~φ64mm圆环链。

2.烧化速度的控制

工件的送进速度与烧化速度相等,是整个闪光焊过程的关键问题之一。在闪光过程中,如果工件的烧化速度大于送进速度,则会使闪光过程断续进行,焊接质量将因加热过程或保护条件被破坏而下降。如果工件的送进速度大于烧化速度,则会使两工件短路,闪光中断,造成工件报废。实践证明,在生产中经常出现而危害最大的是闪光过程初期的短路现象。

为避免出现短路现象,需要根据工件的材质、截面尺寸和结构形状等选择合理的送进曲线,对工件的送进速度进行精确控制,使其与烧化速度保持一致。但是闪光过程是复杂的,而且要求每一瞬问的送进速度都等于烧化速度,在实际生产中是很难实现的,因此生产实际中是使动夹具按确定的送进曲线移动,同时对工件的烧化速度进行瞬时控制。这是通过调节电参数来实现的。闪光过程中,当液体过梁总面积发生突变时,电流会出现一个相应的尖峰,因而焊接电流的变化可直接反映过梁的产生和爆破的瞬问过程,所以可取焊接电流作为反馈信号,通过调节焊接电压来实现工件烧化速度的瞬时控制。例如,在闪光初期,当出现短路趋势时,液体过梁的总面积将急剧增大,焊接电流也急剧增大,于是可以根据检测到的电流值判断短路趋势。在出现短路趋势时,立即提高焊接电压,以增大端口过梁截面上的电流密度,促使过梁迅速爆破,并提高工件的烧化速度,从而使短路趋势在形成危害之前即被消除。

实践证明,对于钢件来说,这种方法能够有效地防止短路现象的出现。在闪光焊后期出现闪光中断,对接头质量的影响也不容忽视。

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