拉弧式逆變螺柱焊的製造方法
2023-06-15 17:06:11
拉弧式逆變螺柱焊的製造方法
【專利摘要】本實用新型屬於焊接設備領域，具體是一種拉弧式逆變螺柱焊機。包括主電源電路和控制系統，所述主電源電路包括電流整流橋、電容濾波器、IGBT橋式開關逆變電路、逆變變壓器和整流二極體，電源通過電流整流橋由交流輸入轉變為直流，經過電容濾波器後連接在逆變變壓器的初級公共端，IGBT橋式開關逆變電路連接在初級公共端的兩端；所述整流二極體連接在逆變變壓器的次級端，整流二極體的正極輸出端通過分流器和輸出電感後連接焊接電源的正極輸出，整流二極體的負極輸出端通過旁路電感旁路可控矽後連接焊接電源的負極輸出；所述IGBT橋式開關逆變電路連接控制系統的IGBT逆變驅動模塊。特適用於鋁合金的焊接，提高鋁合金螺柱焊接的質量。
【專利說明】拉弧式逆變螺柱焊機
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於焊接設備領域，涉及一種螺柱焊機，具體是一種拉弧式逆變螺柱焊機。
【背景技術】
[0002]目前在國內螺柱焊機生產型企業中，大多數焊機產品多為電容儲能焊機，其原理是運用電容儲能、電容快速放電的工作原理，其焊接時間短，一般為2-3MS，焊接熔深較淺，焊接質量難以保證。
[0003]現有技術中也有少部分長周期拉弧式螺柱焊機，主要用於鋼結構剪力栓釘的焊接，原理是採用工頻變壓器和可控矽控制，為高能耗的工頻螺柱焊機，不能實現自動焊接。在短周期自動拉弧螺柱焊焊接技術方面，特別是在鋁合金製品行業中，現有的短周期螺柱焊設備也只有儲能螺柱焊能夠焊接。其焊接螺柱直徑偏小，焊接大直徑螺柱時，焊接質量不是很穩定。
[0004]隨著汽車工業的發展，汽車車身質量趨向於輕量化設計，高強度鋁合金材料得到大量運用，因鋁合金材料熔點低，焊接區域薄，容易焊穿，焊接變形大，迫切需要解決鋁合金螺柱焊接質量問題，同時提聞生廣效率等。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是提供一種可帶氣體保護直流多脈衝短周期的拉弧式逆變螺柱焊機，能焊接黑色金屬螺柱(如碳鋼)，又能焊接有色金屬螺柱(鋁合金/銅/不鏽鋼)，其特別針對鋁合金焊接，具有螺柱焊接飛濺小、焊接牢固、薄板焊接背面無凸點、無氣孔、焊接成型好特點。
[0006]為達到上述目的，本實用新型是通過以下的技術方案來實現的。
[0007]在原有螺柱焊設備基礎上，針對鋁合金焊接技術難點，研發出在帶氣體保護直流多脈衝短周期螺柱焊接技術。其直流脈衝電流高達1500A，脈衝頻率在5KHz以內任意可調，推出自動螺柱焊機，設計一種拉弧式逆變螺柱焊機，包括主電源電路和控制系統，所述主電源電路包括電流整流橋、電容濾波器、IGBT橋式開關逆變電路、逆變變壓器和整流二極體，電源通過電流整流橋由交流輸入轉變為直流，經過電容濾波器後連接在逆變變壓器的初級公共端，IGBT橋式開關逆變電路連接在初級公共端的兩端；所述整流二極體連接在逆變變壓器的次級端，整流二極體的正極輸出端通過分流器和輸出電感後連接焊接電源的正極輸出，整流二極體的負極輸出端通過旁路電感旁路可控矽後連接焊接電源的負極輸出；所述IGBT橋式開關逆變電路連接控制系統的IGBT逆變驅動模塊。
[0008]所述控制系統包括DSP數字控制中心、控制電源模塊、軟啟動控制模塊、IGBT逆變驅動模塊和人機界面窗口，所述控制電源模塊、軟啟動控制模塊和IGBT逆變驅動模塊連接DSP數字控制中心，受DSP數字控制中心控制；所述控制電源模塊對DSP數字控制中心、IGBT逆變驅動模塊、軟啟動控制模塊、人機界面窗口提供電源供電，並電源進行監測與保護；所述軟啟動控制模塊連接軟啟動可見矽的控制端，控制軟啟動可見矽的通斷；所述IGBT逆變驅動模塊連接IGBT橋式開關逆變電路，對其進行控制；所述人機界面窗口對控制系統進行工藝參數設定和數據顯示。
[0009]以上所述的拉弧式逆變螺柱焊機，進一步的，所述所述主電源電路還包括三相電源空氣開關、三相進電源濾波器和三相動力接觸器，所述三相電源空氣開關控制整個機器電源的開關，所述三相進電源濾波器用於防止外部電源汙染，所述三相動力接觸器用於控制機器電源負載。
[0010]所述主電源電路還包括有軟啟動可見矽，串聯在主電源電路的負極輸入線路上，所述軟啟動可見矽通過軟啟動控制模塊進行控制。
[0011]以上所述的拉弧式逆變螺柱焊機，進一步的，所述控制系統還包括保護檢測電路模塊，對主電源電路和控制系統的溫度、電流和電壓進行監測和保護。
[0012]所述控制系統還包括氣體保護控制模塊，為螺柱焊接區域提供惰性氣體保護。所述的控制系統還包括手動焊槍模塊、自動焊槍模塊和送料機通訊模塊，所述手動焊槍模塊、自動焊槍模塊和送料機通訊模塊連接DSP數字控制中心，實現自動焊槍或手動焊槍及送料機與DSP數字控制中心的通信，在DSP數字控制中心的指令控制下，使焊槍、送料機與焊機協同工作。
[0013]所述控制系統還包括機器人通訊模塊，實現焊接機器人與DSP數字控制中心的通
信。
[0014]其中，所述DSP數字控制中心包括DSP控制器、PWM橫流控制、邏輯處理電路、電流電壓反饋電路、放大電路和A/D轉換電路。
[0015]本實用新型的技術方案相的有益技術效果在於:主電源焊接電流最大輸出為1500Α，每個輸出口可獨立設定焊接工藝參數，並有防止重複焊接保護功能；可以選擇實現帶氣體保護焊接功能，並有保護氣體流量設置、檢測、保護功能；採用節能的IGBT逆變技術，降低成本；螺柱焊接飛濺小、焊接牢固、薄板焊接背面無凸點、無氣孔、焊接成型好特點，可以提聞招合金螺柱焊接的質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1本實用新型實施例的螺柱焊接電源控制原理框圖。
[0017]圖2是本實用新型實施例的螺柱焊接時序圖。
[0018]圖3是本實用新型實施例的DSP數字控制中心的控制軟體總流程圖。
[0019]圖4是本圖3中的程序初始化步驟的流程圖。
[0020]圖5是本實用新型實施例的螺柱焊接過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖與具體實施例對本實用新型的技術方案作詳細說明。
[0022]參照圖1所示，本實施例為一種自動的拉弧式逆變螺柱焊機，可以用於鋁合金的螺柱焊接，包括主電源電路和控制系統，主電源電路將電源轉換成焊接電流輸出，控制系統控制整個螺柱焊機的工作，以及外接焊接機器人或焊槍的焊接作業。
[0023]主電源電路外接AC380V電源，外接電源先通過三相電源空氣開關1、三相進電源濾波器2和三相動力接觸器3處理，其中三相電源空氣開關控制整個螺柱焊機的電源，三相進電源濾波器可防止外部電源汙染，三相動力接觸器控制機器電源負載，防止電流過大，損壞焊機。
[0024]主電源電路主要包括電流整流橋4、電容濾波器5、軟啟動可見矽，IGBT橋式開關逆變電路7、逆變變壓器9和整流二極體10，電流整流橋4將外接AC380V電源的交流輸入轉變成直流，經過電容濾波器後連接在逆變變壓器的初級公共端，逆變變壓器為高頻變壓器，IGBT橋式開關逆變電路連接在初級公共端的兩端，IGBT橋式開關逆變電路7連接控制系統的IGBT逆變驅動模塊17，通過控制IGBT橋式開關的通斷，以實現逆變變壓器的輸入電流變化，在次級端產生感應電流，作為焊接電流輸出；整流二極體連接在逆變變壓器的次級端，整流二極體的正極輸出端經過分流器和輸出電感11後連接焊接電源的正極輸出，正極輸出端連接待焊接工件；整流二極體的負極輸出端經過旁路電感13和旁路可控矽14後連接焊接電源的負極輸出；負極輸出端連接焊槍，通過螺柱端部與工件，形成焊接迴路產生焊接電流。
[0025]軟啟動可見矽串聯在主電源電路的負極輸入線路上，通過軟啟動控制模塊進行控制焊機的啟動。在逆變變壓器的一個初級公共端還設有初級電流檢測8，對電流進行檢測。
[0026]控制系統包括DSP數字控制中心19、控制電源模塊20、軟啟動控制模塊18、IGBT逆變驅動模塊17、人機界面窗口 21、保護檢測電路模塊16、氣體保護控制模塊26、機器人通訊模塊25、手動焊槍模塊22、自動焊槍模塊24和送料機通訊模塊23。
[0027]DSP數字控制中心19，其核心是最新的型號為TMS320F28335的DSP數字控制器，DSP數字控制中心包括有DSP控制器、PWM橫流控制、邏輯處理電路、電流電壓反饋電路、放大電路和A/D轉換電路。
[0028]控制電源模塊20對控制系統、IGBT逆變驅動模塊、軟啟動控制模塊、人機界面窗口(如液晶顯示器)提供電源供電，並對驅動電源、提槍電源、接觸電源進行監測與保護。
[0029]軟啟動控制模塊18和IGBT逆變驅動模塊17連接DSP數字控制中心，受DSP數字控制中心控制，軟啟動控制模塊控制焊機的啟動，IGBT逆變驅動模塊用於驅動IGBT橋式開關的通斷。
[0030]人機界面窗口 21對控制系統進行螺柱焊接工藝參數設定和數據顯示，如電流大小、電流時間、弧壓判斷、頂鍛電流大小、頂鍛電流時間、提前落槍時間、提槍高度、落槍速度，保護氣體提前供氣時間以及保護氣體延時保護時間等焊接工藝參數傳輸給DSP數字控制中心。
[0031 ] 送料機通訊模塊23連接DSP數字控制中心，通過光纖通信與自動送料機進行交換數據，完成螺柱自動裝釘功能。機器人通訊模塊25採用Devicenet協議與焊接機器人通訊。
[0032]手動焊槍模塊22主要進行人工手動焊接任務。自動焊槍模塊24可以將焊接允許條件(如接觸信號、垂直信號、焊接開始信號)通過傳輸給DSP數字控制中心，DSP數字控制中心發出允許焊接能量輸出，完成焊接任務。
[0033]保護檢測電路模塊16對三相交流輸入電壓進行過壓、欠壓、輸入電流過流、機箱環境溫度高、功率器件過溫、IGBT過流，逆變變壓器和次級的整流二極體過溫、次級開路或短路等進行監測和保護，具體分布在各個控制單元。
[0034]保護氣體控制模塊26為螺柱焊接區域提供惰性氣體保護，可以開啟或關閉使用惰性氣體保護。
[0035]參照圖2所示，為本實施例的螺柱焊接時序圖。
[0036]參照圖3、圖4所示，為本實施例的DSP數字控制中心的控制軟體對焊機進行控制的流程。
[0037]參照圖5所示，為本實施例的拉弧式逆變螺柱焊機的焊接過程流程圖。
[0038]本實施例的螺柱烤電機為帶氣體保護直流多脈衝短周期螺柱焊焊機，其直流脈衝電流高達1500A，脈衝頻率在5KHz以內任意可調；與手動焊槍連接時構成手動螺柱焊接；與自動送料機、半自動焊槍實現半自動螺柱焊接；還能與自動送料機、自動焊槍、機器人組成自動螺柱焊接系統。
[0039]螺柱焊機可設置多個焊槍接口，可以一臺螺柱焊機帶多把焊槍同時工作；每個輸出接口均可實現恆流輸出或者脈衝直流輸出；每個輸出埠均可實現帶氣體保護焊接功能；有保護氣體流量設置、檢測、保護功能；也可實現不帶氣保護焊接功能；自動焊槍採用直線電機提升、光柵反饋提升高度，提升距離範圍0.5MM?3.0ΜΜ，可根據焊接工藝要求任意設定。
[0040]以上實施例為本實用新型的優選實施例，本實用新型不限於上述實施例，對於本領域普通技術人員而言，在不背離本實用新型技術原理的基礎上所做的任何顯而易見的改動，都屬於本實用新型的構思和所附權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種拉弧式逆變螺柱焊機，包括主電源電路和控制系統，其特徵在於，所述主電源電路包括電流整流橋、電容濾波器、IGBT橋式開關逆變電路、逆變變壓器和整流二極體，電源通過電流整流橋由交流輸入轉變為直流，經過電容濾波器後連接在逆變變壓器的初級公共端，IGBT橋式開關逆變電路連接在初級公共端的兩端；所述整流二極體連接在逆變變壓器的次級端，整流二極體的正極輸出端通過分流器和輸出電感後連接焊接電源的正極輸出，整流二極體的負極輸出端通過旁路電感旁路可控矽後連接焊接電源的負極輸出；所述IGBT橋式開關逆變電路連接控制系統的IGBT逆變驅動模塊。
2.根據權利要求1所述的拉弧式逆變螺柱焊機，其特徵在於:所述主電源電路還包括三相電源空氣開關、三相進電源濾波器和三相動力接觸器，所述三相電源空氣開關控制整個機器電源的開關，所述三相進電源濾波器用於防止外部電源汙染，所述三相動力接觸器用於控制機器電源負載。
3.根據權利要求1所述的拉弧式逆變螺柱焊機，其特徵在於:所述主電源電路還包括有軟啟動可見矽，串聯在主電源電路的負極輸入線路上，所述軟啟動可見矽通過軟啟動控制模塊進行控制。
4.根據權利要求1所述的拉弧式逆變螺柱焊機，其特徵在於:所述控制系統包括DSP數字控制中心、控制電源模塊、軟啟動控制模塊、IGBT逆變驅動模塊和人機界面窗口，所述控制電源模塊、軟啟動控制模塊和IGBT逆變驅動模塊連接DSP數字控制中心，受DSP數字控制中心控制；所述控制電源模塊對DSP數字控制中心、IGBT驅動模塊、軟啟動保護模塊、人機界面窗口提供電源供電，並電源進行監測與保護；所述軟啟動控制模塊連接軟啟動可見矽的控制端，控制軟啟動可見矽的通斷；所述IGBT逆變驅動模塊連接IGBT橋式開關逆變電路，對其進行控制；所述人機界面窗口對控制系統進行工藝參數設定和數據顯示。
5.根據權利要求4所述的拉弧式逆變螺柱焊機，其特徵在於:所述控制系統還包括保護檢測電路模塊，對主電源電路和控制系統的溫度、電流和電壓進行監測和保護。
6.根據權利要求4所述的拉弧式逆變螺柱焊機，其特徵在於:所述控制系統還包括氣體保護控制模塊，為螺柱焊接區域提供惰性氣體保護。
7.根據權利要求4所述的拉弧式逆變螺柱焊機，其特徵在於:所述控制系統還包括手動焊槍模塊、自動焊槍模塊和送料機通訊模塊，所述手動焊槍模塊、自動焊槍模塊和送料機通訊模塊連接DSP數字控制中心，實現自動焊槍或手動焊槍及送料機與DSP數字控制中心的通信，在DSP數字控制中心的指令控制下，使焊槍、送料機與焊機協同工作。
8.根據權利要求4所述的拉弧式逆變螺柱焊機，其特徵在於:所述控制系統還包括機器人通訊模塊，實現焊接機器人與DSP數字控制中心的通信。
9.根據權利要求4至8任意一項所述的拉弧式逆變螺柱焊機，其特徵在於:所述DSP數字控制中心包括DSP控制器、PWM橫流控制、邏輯處理電路，電流電壓反饋電路、放大電路和A/D轉換電路。
【文檔編號】B23K9/20GK203621708SQ201320774431
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】龍立新 申請人:深圳市鴻栢科技實業有限公司