电阻焊质量监控技术.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除电阻焊质量监控技术一、概述电阻焊质量监控技术是电阻焊学科中新发展起来的一部分。它使电阻焊接头质量稳定可靠，并促进了电阻焊工艺的推广应用。因此，电阻焊质量监控技术受到各国焊接工作者的重视。早在20世纪40年代已提出电阻焊质量控制问题，但是真正的发展并用于生产是近20年来，由于微电子学和计算机技术的发展和广泛应用才使该技术达到实用的水平。电阻焊质量控制技术是属于焊接过程中的质量控制，基本上包括实时稳定控制焊接参数和控制焊接过程中反映焊点状态的物理量两方面。前者如恒电流监控、电压监控、能量监控等；后者如电极位移控制，超声波监控、声发射监控等。在大部分监控技术中采用了微处理机，提高了运算速度和控制精度，并可以与计算机相连，使质量监控与企业生产管理一体化。本节内容为常用的与发展中的监控技术，包括监控原理、仪器与方法、适用范围和应用几个方面的简要概貌。在实际应用时，应根据生产要求和实际条件选择某一监控技术或选用多因素的联合监控技术。二、恒电流监控技术1. 监控原理所谓恒电流监控是指在电阻焊过程中，维持焊接电流有效值为恒定，以保证焊接区产生的热量基本不变，从而获得稳定的焊点熔核尺寸的一种质量监控技术。根据焦耳定律，焊接电流所产生的热量式中 w流过焊件的瞬时电流值，A；R两电极间焊接区的总电阻，；t焊接电流通过的时间，s。如果在相同焊接生产条件下（t不变），则可近似地认为R不变，那么Q只取决于w，并有平方正比的关系。欲保持焊接电流恒定，需根据焊机回路负载阻抗的变化和电源电压的变化等，计算每半波的电流有效值，并与设定的电流值比较，依比较的差值，调节焊机主电力回路中可控硅的触发角，使焊接电源保持恒定。大量试验和生产实践证明，焊接电流有效值与焊点熔核直径有密切的关系，因此当生产条件较稳定时，控制焊接电流为恒定，则可实现焊点熔核尺寸的控制。2. 适用范围由于恒电流控制是使焊机回路中的电流有效值为恒定，而不是控制形成焊点的电流有效值为恒定，所以该方法适应于焊机回路中电参数易变的场合，如电源电压、铁磁物伸入量、被焊板材的厚度等的变化。对会影响焊接过程中电流密度的因素，如电流分流，电极磨损等，则这种控制不但不宜采用，甚至有不好的作用（如电极磨损）。该控制技术适用于点焊、缝焊和凸焊，也可用于对焊。它是目前既简单又方便、应用广泛的一种控制方法。3. 应用举例具有恒流控制的点焊微机控制系统。SWC-1型可编程多功能点焊控制器（系原吉林工业大学产品）具有以下主要特点：具有恒电流、恒电压两种控制功能；具有电流阶梯上升功能，可补偿焊接电流密度的变化；具有多脉冲的焊接参数；具有全波、半波二种焊接方式；具有电磁加压、气动加压两种加压方式；断电数据保护功能；故障自论断功能等。（1）控制器硬件设计 控制器硬件总体结构如图24所示，其核心为8031单片机。 8031最小系统 由8031单片机、EPROM2764、RAM6116等组成，可完成信息存储、过程计算、控制角修正、信号检测、焊机调整及焊接过程的控制等。 信号处理电路 它由同步信号提取、网压信号前端处理、电流信号前端处理、A/D转换等电路组成，完成CPU检测信号的采样、处理和转换等功能。 输入、输出电路 它由隔离电路、健盘及显示接口电路、焊接主电力电路晶闸管触发电路、电磁加压主电路晶闸管触发电路、故障中断电路等组成，完成焊接参数的输入和显示、提供焊机状态信息、指示焊机故障类型及完成人机对话等功能。 抗干扰电路 采用电源电压监视芯片TL7705随时监测电源电压，以及由可编程定时器计数器8253和脉冲发生器74LS123组成监视器，能可靠保障控制系统正常运行。 电源电路 它提供控制系统所需的5V、12V、15V、15V等各路电源。（2）控制器软件设计 控制器软件用MCS-51汇编语言进行编程，执行了自顶而下、模块化设计的编程思想。在程序设计中设计了“软件陷阱”及监视狗WATCHDOG等程序，保证其可靠性。整个控制程序由监控程序、焊接程序及数学运算程序三大部分组成，其软件核心是焊接程序（计有恒压全波焊接子程序、恒流全波灶接子程序、恒压半波焊接子程序、恒流半波焊接子程序、加压子程序、网压补偿子程序、PID计算子程序、二元函数插值子程序、阶梯处理子程序、焊机参数检测子程序等），其中焊接主程序流程如图25所示。（3）控制原理 众所周知，工频交流点焊机主电力电路（图26）的数学模型有如下关系式式中 （t）焊接电流瞬时值； Um电源电压峰值； Z回路等效阻抗； 晶闸管控制角； 负载功率因数角； 角频率。式中 I焊接电流有效值； T50Hz正弦波周期。式中 晶闸管导通角。由式（2）式（4）可实现恒流控制，其PID算法公式为(K）(K-1)+KPE(K)E(K1)K1E(K)KDE(K)2E(K1)E(K2) （5）式中 (K）本次触发晶闸管的控制角； KP比例系数； K1积分系数； KD微分系数； E(K) 本次规一化实际电流有效值In(K)与规一化设定电流有效值Ing的偏差，即E(K)In(K)Ing根据实际焊接电流与给定值的偏差，由PID算法公式（5）确定调节晶闸管控制角，即可实现恒流控制。（4）焊接压力调制 本控制器除可适用于通用点焊机实现对其气动加压系统控制外，还可用于电磁加压的精密脉冲点焊机和电阻对焊机的电极压力调制控制，其工作原理为：在这些精密电阻焊机上装有以直流铁为核心的电磁加压机构，在图24中的扩展定时器8253芯片，即是调节电磁主主电路晶闸管导通角的触发脉冲相调节管理芯。导通角的改变发邓改变了电流电磁铁线圈的激磁电流，因而改变了电磁压力（图25）。具有恒流控制功能的可编程电阻焊控制器在生产中获得广泛应用，某些产品摘录于表2。表2 可编程电阻焊控制器型 号主要结构、技术特点生产厂家KD35001 68HC711E9微机，恒压、恒流控制精度均在2，配用200kVA点（凸）焊机，8套焊接参数存储与选择上海电焊机厂KD3800 配用400kVA点（凸）焊机，其余同KD35001SUN98 系列（例：SUN9810）配用200kVA点（凸）焊机，工控CPU，有群控接口，可集中管理天津商科机电设备有限公司HCW 系列（例：HCW1A）8098单片机，恒流控制精度2，具有9个加热脉冲、16种规范，有群控接口，可集中管理。天津陆华科技公司（707所）MCW 系列（例：MCW205） 配用200kVA或400kVA点（凸）焊机