探究多模式電阻焊機(jī)控制器及其控制系統(tǒng)

卿 華

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 重慶分公司，重慶 401135）

焊接，也被稱作“熔接”或“镕接”，是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料的制造工藝及技術(shù)。焊接是傳統(tǒng)制造業(yè)的基礎(chǔ)，發(fā)展十分迅猛，為現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。歷經(jīng)短短幾十年的歷程，焊接工藝已經(jīng)廣泛應(yīng)用在造船業(yè)、航空業(yè)、汽車業(yè)、橋梁制造業(yè)和電子信息產(chǎn)品制造業(yè)和建筑業(yè)等眾多行業(yè)。細(xì)微到電子，大到航空母艦，無(wú)處不見(jiàn)其身影。焊接工藝直接影響電子制造業(yè)，決定各大產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本多少。焊接工藝水平的高低直接影響一個(gè)國(guó)家整體工業(yè)水平的提高和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。

1 電阻焊的現(xiàn)狀

1.1 電阻焊研究的背景

早在1886年，人類便開(kāi)始嘗試使用電阻焊連接的方法。相比較其他焊接方式，其操作程序十分簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)硬。電阻焊具有較高的生產(chǎn)效率，大大促進(jìn)了該工藝在焊接領(lǐng)域的推廣和普及。隨著工業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，人們對(duì)于技術(shù)的要求越來(lái)越高，對(duì)于技術(shù)產(chǎn)品的需求量迅速增長(zhǎng)。電阻焊作為焊接領(lǐng)域的重要技術(shù)，在其他分支學(xué)科和各種新材料的推動(dòng)下，發(fā)展更加明顯，逐步在各大傳統(tǒng)工業(yè)中占據(jù)不可替代的地位。一直以來(lái)，電阻焊的各種問(wèn)題是世界各國(guó)研究的重點(diǎn)。電阻焊慢慢進(jìn)入高科技領(lǐng)域，對(duì)其他領(lǐng)域的影響持續(xù)擴(kuò)大。

1.2 電阻焊的發(fā)展現(xiàn)狀

21世紀(jì)，經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展迅速，造船業(yè)、航空業(yè)、汽車業(yè)以及各類輕工業(yè)迅猛發(fā)展，人們對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高。各類電子產(chǎn)品更新?lián)Q代速度很快，周期短暫。為了提高工作效率，節(jié)省勞動(dòng)成本，美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家研究人員投入了巨大的心力，積極完善電阻焊接的控制電路，提高電阻焊接質(zhì)量，計(jì)算電阻焊接數(shù)據(jù)，利用新型材料進(jìn)行焊接。

電阻焊接的過(guò)程十分便利，但是能夠影響其質(zhì)量的因素有很多，如電阻焊接時(shí)間長(zhǎng)短、焊接電流大小、材料材質(zhì)、電極面的形狀以及尺寸等。這些因素使得電阻焊接具有不確定性，同時(shí)說(shuō)明電阻焊接是一種十分復(fù)雜的工藝。電阻焊機(jī)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程，從工頻交流、直流脈沖、二次整流逐漸發(fā)展到電容儲(chǔ)能電焊機(jī)等。其間，發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)明了逆變式電阻焊機(jī)和柔化的電阻焊成套設(shè)備，使得電阻焊機(jī)進(jìn)一步發(fā)展。國(guó)外的電阻焊機(jī)控制系統(tǒng)主要以單片機(jī)為核心，如squareD公司的TIM4002和日本的微機(jī)計(jì)時(shí)器MW系列。這些產(chǎn)品同時(shí)擁有自動(dòng)化軟件編程、自我故障診斷和自動(dòng)維護(hù)等先進(jìn)功能，但是它們普遍運(yùn)用單一控制，使得最終效果不是特別理想。

2 電阻焊機(jī)控制器的工作原理

由于電流在焊接時(shí)會(huì)引起電阻熱，電阻焊會(huì)產(chǎn)生熱量。焦耳定律規(guī)定：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比，跟通電的時(shí)間成正比。焦耳定律數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中，Q為熱量，J；I為焊接電流，A；R為電阻，Ω；t為時(shí)間，s。

式（1）適用于所有電路。

對(duì)于純電阻電路可推導(dǎo)出：

點(diǎn)焊時(shí)的電阻為：

式中，電極間電阻為R；工件本身電阻為Rw；兩工件間接觸電阻為Rc；電極和工作間接接觸電阻為Rm。

圖1 對(duì)焊示意圖

由圖1和式（5）可知，當(dāng)工件和電極已定時(shí)，工件的電阻取決于它的電阻率。電流對(duì)總熱量的影響大過(guò)電阻和時(shí)間。并且，一般電阻焊的電流是很大的，可達(dá)到幾千安培。因此，在操作電焊接的過(guò)程中必須對(duì)電流嚴(yán)格把控。

3 電阻焊機(jī)控制系統(tǒng)的研究

3.1 多模式電阻焊機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

電阻焊的工序十分簡(jiǎn)單，所花費(fèi)的時(shí)間很少。但是它涉及的領(lǐng)域十分之廣，如電力學(xué)、工業(yè)機(jī)械學(xué)和冶金等。其實(shí)踐過(guò)程涉及的變量較多，它們會(huì)影響焊接質(zhì)量。要控制好電阻焊機(jī)系統(tǒng)的操作，人們必須關(guān)注加熱、熔化和凝固等階段，關(guān)注焊接電流、電壓量、電極速度和加速度等。人們要及時(shí)關(guān)注這些物理參數(shù)的變量，更好地控制電阻焊機(jī)系統(tǒng)，使得其結(jié)構(gòu)完整，效率更高。

電阻焊機(jī)系統(tǒng)涵蓋外圍功能主控模塊，包括按鍵、顯示數(shù)據(jù)采集和焊接過(guò)程控制等。焊接過(guò)程控制模塊包括顯示和上位的通信結(jié)構(gòu)等。按鍵顯示模塊，包括顯示和按鍵。電源及交流直流同步模塊，是一個(gè)主要提供電量的模塊和控制焊接電路開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)。模擬信號(hào)調(diào)理模，主要負(fù)責(zé)接收、梳理和分析信息從而再次運(yùn)用。

3.2 電阻焊機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)作

電阻焊機(jī)的運(yùn)作容易受到諸多因素的影響，所以運(yùn)行時(shí)需要嚴(yán)格控制好各大變量，使其結(jié)果達(dá)到最佳。在試驗(yàn)過(guò)程中，人們可以通過(guò)控制測(cè)試電阻焊機(jī)的時(shí)間自動(dòng)控制技能，選好合適的部件，對(duì)信號(hào)接收器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分辨、處理，研究焊接過(guò)程中各種參數(shù)對(duì)焊接結(jié)果的影響，從而找出焊接過(guò)程控制的最佳變量。

4 結(jié)語(yǔ)

一般的多模式電阻焊機(jī)控制器系統(tǒng)只要擁有質(zhì)量可靠的硬件和軟件，并且接收的模擬信號(hào)準(zhǔn)確，就能夠完美地分析信息，進(jìn)行正確輸出，保障電阻焊機(jī)控制系統(tǒng)的完整性。工業(yè)企業(yè)應(yīng)該設(shè)計(jì)出更先進(jìn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使得用戶體驗(yàn)到更加完美的產(chǎn)品。