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电阻焊
第一章电阻焊
一、概述
电阻焊是焊件组合后通过电极施加压力,利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法,其物理本质是利用焊接区金属本身的电阻热和大量塑性变形能量,使两个分离表面的金属原子接近到晶格距离,形成金属链,在接合面上产生足够的共同晶粒而得到焊点,焊缝或对接接头。
因此适当的热和机械力作用是取得电阻焊优质接头的基本条件。
电阻焊具有接头质量高,辅助工序少,无需填充焊接材料,表面焊点平整,及文明生产等优点。
尤其适用于机械化、自动化生产线的作业,具有高效率的明显优点。
二、电阻焊设备的组成
电阻焊设备由焊钳、焊接变压器、控制箱三大部分组成。
其中焊钳是根据焊接设备的形状,尺寸而决定,种类繁多。
它主要由气缸,电极,及启动开关装置组成。
焊接变压器是电阻焊机供电装置的核心,其工作原理与一般电力变压器相似,但结构及使用条件不同。
控制箱是整个电阻焊机的关键控制部分,整个电阻焊机的功能范围,焊接质量,设备的可靠性基本上由控制箱决定。
三、点焊焊接过程
基本焊接循环:
1)预压阶段:
电极下降到电流接通阶段,确保电极压紧工件,使工件间有适当压力。
2)焊接阶段:
焊接电流通过工件,产热形成熔核。
3)维持时间:
切断焊接电流,电极压力继续维持至熔核凝固到足够强度。
4)休止时间:
电极开始提起到再次开始下降,开始下一个焊接循环。
为了改善焊接接头的性能,有时需将下列各项中的一个或多个加于焊接循环中:
1)用预热脉冲提高金属的塑性,使工件易于紧密贴合,防止飞溅等。
2)对某些特殊工艺要求,加入预热、焊接、回火的三个阶段的多脉冲功能和分阶段变压力(比例阀控制)功能。
用回火或缓冷脉冲消除合金钢的淬火组织,提高接头的力学性能,防止裂纹和缩孔等。
四、电阻焊设备的分类
我公司的工频电阻焊设备主要有以下几种:
1)悬挂式点焊机
2)固定式点,凸焊机
3)同体式悬挂点焊机
4)一体化悬挂式点焊机
第二章电阻焊机的控制装置
LK系列微电脑阻焊控制器
一、概述
电阻焊机的控制装置是由主电力开关及控制设备共同组成,由于开关及控制装置均安装在同一箱体中,因此电阻焊控制装置又可称为电阻焊机控制箱。
其功能为:
a)可靠的接通和切断阻焊变压器的初级电源。
b)控制焊接需要的焊接循环自动工作。
c)均匀调节焊接电流及控制通电时间。
d)进行压力控制和焊接质量监测等。
二、主电力开关
主电力开关由一对双向反并联的可控硅组成,串接在阻焊变压器的初级绕阻电路中,用以控制数千至数万安培焊接电流的频繁通断。
对于双向反并联的可控硅应有一个配对要求,配对主要是根据导通压降应基本相等,触发电流也应较接近。
三、LK系列微电脑阻焊控制器基本组成
我公司研制生产的LK微电脑阻焊控制器,采用微型计算机闭环同步控制设备,借助精密的程序,能实现满足金属材料焊接性的要求,取得良好的焊接质量。
LK微电脑阻焊控制器及编程监视器
图2-1给出了LK系列微电脑阻焊控制器的组成框图,从图中可以看到该控制器主要由以下几个部分组成:
1)同步控制主控板,是控制器的核心控制部分,以PHILIPS80C592为核心的检测,监控电路,它在一块印刷电路板上。
该板装在一个铁的屏蔽盒里,对外通过几个转接插座J1,J2,J3,J4,J5进行联接。
图2-1LK系列焊机控制器框图
2)大电流检测装置,它是置于控制箱内,串于阻焊变压器原边的一个特制的大电流传感器,传感器内装有幅值调整电位器,这是在生产中为标定传感器而设置的,出厂前已予标定,用户无需调整。
3)电力开关,是两个反向并联的可控硅,常规参数为导通电流500安培,反向耐压〉1200伏,两管导通压降,触发电流可控硅规格根据用户需要而定。
与可控硅并联的RC吸收回路用来吸收可控硅关断时的能量,可以减少对可控硅反向冲击电压。
两个可控硅组装在一起,有冷却水回路,在出水口附近有一个温度计电器,当温度过高时断开接点,信号输送给控制板报警,并停止焊接。
4)电力开关检测电路:
它是并联在电力开关上的一个低频变压器TR2,用来检测可控硅上的电压波形,提供给主控板以便判断可控硅的状态。
5)电源电路:
它除了提供主控板所需要的21V交流电源外,还提供一路相位同步信号,同时还有可选择的气阀电源24V,220V。
该部分是由一个电源变压器TR1再加上保险丝及指示灯组成。
6)启动控制部分,视用户的不同要求而不同,一般配悬挂式点焊机时无专门线路,用户只需将焊钳上的控制开关直接接到主控板相应的端子上即可;配固定式焊机时还有规范选择开关。
(详见说明书)
7)编程监视器,功能是输入焊接规范和修磨规范参数,进行故障监测报警,以及焊接结果及焊点数的实时显示。
编程监视器是独立的,在正常焊接时可以不用,这样工艺员可以集中管理规范参数,从而确保焊接质量。
四、LK电阻焊机控制器基本原理
LK系列电阻焊机控制器采用的基本工作方式是闭环同步恒流监控,如图2-2所示,其恒流的基本原理简述如下:
焊接回路的焊接电流I,反映到阻焊变压器初级电流位i/n,该电流值经电流互感器变成电压信号输送给主控板,经主控板上采样、保持及A/D转换,转换成数字信号送给单片机。
单片机首先将设定的焊接参数换算成对应的导通控制角,触发主电力开关。
然后与设定输入焊接电流信号进行比较,不断修正导通角,实现了闭环恒流控制。
可以广泛应用于各种单相悬挂式、固定式及一体化式电阻点焊机。
图2-2闭环恒流控制原理
LK控制器具有单、连点焊接功能及CAN数据总线接口,可用在流水线上进行自动焊接;焊接加热脉冲可设定为单脉冲及多个脉冲,配合16种焊接规范,以满足对不同材料、厚度的高质量焊接要求;CAN数据总线接口,应用于焊机联网系统,实现焊装生产线上焊机的集中控制和数据采集、参数修改、故障报警的生产管理;此外,LK控制器还具有焊接电流自动补偿、电极磨损和寿终监视功能以及傻瓜式的中文大屏幕液晶显示,可方便地了解焊接过程中各种参数、故障情况。
五、LK系列微电脑阻焊控制器的分类
LK系列微电脑阻焊控制器型号由两部分组成,第一部分为类别,即字母前缀“LK”;第二部分为特征部分,由数字和字母组成。
两部分之间用短线“-”连接。
六、LK系列电阻焊机控制器的特点
1.焊接过程由微机进行闭环控制,在电网电压波动及焊接负载变化的情况下,均能保证焊接电流的恒定。
2.控制方式有恒流方式、恒压方式及恒相位方式。
用户可根据需要,通过调整控制板上的切换开关S1,S2的位置,选择所需的工作方式,如下表:
表1
S1
S2
工作方式
ON
OFF
恒相位控制方式
OFF
ON
ON
恒流控制方式
OFF
恒压控制方式
出厂设定缺省值为恒流控制方式。
恒流方式:
以固定触发角开通电力开关,配合相位同步检测电路得到功率因数角,由电力开关检测电路检测可控硅导通角,从第二个周波开始,通过电流互感器不断修正与设定电流的误差,直到焊接结束,为典型的闭环控制。
恒角度方式:
同恒流方式,首先得到系统的功率因数角,按设定数据以百分比的形式分配控制角,为典型的开环控制。
恒压方式:
类似恒角度方式,在首脉冲测量电压值,根据其与380V的偏差,对触发角作相应调整,从第二个周波开始,仍然以此触发角触发,直到焊接结束,故仍然是开环控制方式。
3.焊接循环中,如预压、加压、预热、焊接、回火、冷却、保持、休止等各工序中的时间长度由程序设定,无误差,该控制器还有预热,回火电流斜升/斜降功能,可根据用户需要自行设定。
4.可带二把焊钳,每把焊钳7个焊接规范,1个修磨规范;或一把焊钳,10/16个规范。
5.单点和连点焊接功能,且有多脉冲选择,焊接脉冲数最多可达9个。
6.电极磨损焊接电流自动补偿功能,可依据焊点数的增加自动增加焊接电流,当焊点数达到平台设定的焊点数时,电流自动增加一定的数值(依据用户设定的平台电流增长率而定)平台阶数可达10个;同时,还可根据焊点数及时告之电极需修磨或更新,当焊点数达到设定的修磨点数时,告知焊机电极需要修磨;当焊点数达到设定的总焊点数时告知焊机电极需要更新。
7.具有焊接压力控制功能,对配有比例阀接口的控制器,可在不同规范中设定不同的焊接压力,不仅可实现锻压功能还可实现焊接过程的压力变化控制。
8.功率因数自适应,适合不同的主机。
9.傻瓜式编程及较强的显示和自检功能,采用大屏幕汉字液晶显示器,编程菜单化,可显示焊接电流、周波数、控制角及导通角等参数值;同时自动检测诸如可控硅直通、变压器(可控硅)过热等故障(详见LK编程监视器的使用说明)。
10.本控制器配有CAN数据总线接口、群控接口,配合上位机及集中控制管理器可实现联网和集中控制管理。
11.较强的接口扩展能力和抗干扰能力,I/O接口功能多,软硬件均有扩充能力;全部集成化,可靠性高。
第三章LK系列电阻焊机控制器主控板原理
主控板原理框图见图3-1,它主要是由10个部分组成,各部分功能简述如下:
1.单片机系统,是以PHILIPS80C592(CPU)为核心,包括数据存储器RAM(DS1230Y)、程序存储器EPROM(27C512)、扩展I/O接口(D82C55)、串行口、CAN总线接口、PWM,组成的单片机系统,它完成全机的控制。
单片机运行是依据程序存储器中的程序指令,这些指令均是二进制数的形式存放于程序存储器中,单片机从程序存储器中依次取出这些数据,CPU将这些数翻译后操作动作,实现对全机的控制。
2.电流、电压反馈电路,包括运算放大器、模拟开关、A/D转换器等,主要芯片有B16、B17、B18、B11。
A/D转换电路主要是将电网电压,从传感器来的阻焊变压器初级电流转换成数字量,其原理图见图3-2,测量阻焊变压器初级电流是为恒流控制提供反馈信号,电网电压的检测主要是进行电网电压补偿和检测回路做报警作用。
量程控制
采样保持
采样开关
电网电压
反馈电流
控制信号
基准
A/D转换
输出数字量
图3-2A/D转换原理图
3.相位同步与控制电路由脉冲形成电路、相位比较电路等,由CPLD型芯片B8(EMP7128LS84)等实现,相位同步电路提供与电网同步的同步信号,相位控制电路是产生具有与电网同步的,具有一定相位控制角的电路。
4.可控硅触发电路由B20(MC14538)、脉冲变压器MB1等组成,产生主电力开关所需的触发脉冲。
包括可控硅允许触发控制电路,精确宽度触发脉冲产生电路,驱动电路,隔离电路及触发电路。
5.输出控制电路,包括故障、焊接终了、夹紧、气阀输出等信号,由B7、B21、CR1~CR5、SSR1、SSR2等组成,提供气阀所需的电流,电压信号。
输入控制电路,包括启动、复位、单连点、夹紧等,经过光电隔离电路等进入CPU,由PX2~PX4,B23、B24、B7组成。
主控板原理框图:
可控硅触发电路
由B20、脉冲变压器MB1等。
相位同步与控制电路由脉冲形成电路、相位比较电路等,由CPLD型芯片B8(EMP7128LS84)等实现。
电流、电压反馈电路
主要芯片有B16、B17、B18、B11,运算放大器、模拟开关、A/D转换器等
输入控制电路
启动、复位、单连点、夹紧等,经过光电隔离电路等进入CPU,由PX2~PX4,B23、B24、B7。
单片机系统(CPU、RAM、EPROM、扩展I/O接口、串行口、CAN总线接口、PWM)主要芯片CPUB1(80C592)、B2、B3、B4、B5、B6等。
输出控制电路
包括故障、焊接终了、夹紧、气阀输出等信号,由B7、B21、CR1~CR5、SSR1、SSR2等
比例阀控制
接比例阀控制板,包括F/V转换器、V/A转换器。
与上位机通讯接口CAN数据总线,由B14、PX5、PX6,由J5输出;集中控制器
接口是PX7,由J4输出
与编程器通讯接口是RS485口,芯片是B13、B9(MAX1480B),由J3输出。
开关稳压电源提供+24V、±15V、+5V、+12V、+9V等
图3-1:
主控制板原理框图
6.编程器通讯接口电路,是RS485接口,芯片是B13、B9(MAX1480B),由J3输出。
可以完成与编程监视器的通讯。
7.与上位机通讯接口CAN数据总线,由B14(82C250)、PX5、PX6,由J5输出,实现与上位计的通讯;与集中控制器接口是PX7,由J4输出,实现与电网限容集中控制器的通讯。
8.预留比例阀控制接口,接比例阀控制板,包括F/V转换器、V/A转换器。
开关稳压电源,提供全机所需的+24V、±15V、+5V、+9V电源。
第四章LK系列阻焊控制器的使用方法
一.使用方法简单介绍
本控制器有一块控制板,固定于控制箱内,与箱内高压部分隔离,内部接线通过J1插头与控制板J1插座连接;焊接启动、规范选择、及加压气阀的连线通过箱内的转接接头M1与控制板插头J2连接到控制板J2插座;焊接规范的录入以及焊接参数的显示由通过控制板插座J3与编程监视器的DB9插座连接来实现;(J1、J2、J3插座请参见“控制板插座分布及指示灯说明图”;焊接电源及到焊接变压器的接线通过机箱底部的A、B、X接线螺钉接出(请参见“电源接线图”)。
控制箱电源接线图
DL5为启动;DL12为焊接;DL13为气阀1;DL14为气阀2;DL15为故障;DL16为焊接终了
说明:
J1插座用于控制箱内部连接;
J2插座用于连接面板指示开关、启动、规范和焊钳选择、气阀等控制线;
J3插座为编程监视器接口;
J4插座为集中控制接口;
J5插座为联网接口;
J6插座为比例阀控制接口;
DL1-DL3为规范指示灯;DL4为钳号指示灯;
DL5为启动指示灯;DL6为单点/连点焊接指示灯;
DL7为焊接/调整指示灯;DL8为复位指示灯;
DL9为电源指示灯;
DL10为集中控制申请焊接指示灯;DL11为集中控制回答焊接指示灯;
DL12为焊接指示灯;
DL13为气阀1指示灯;DL14为气阀2指示灯;
DL15为故障指示灯;DL16为焊接终了指示灯;
DL17为电极更新预警指示灯;DL18、DL19为接口扩展指示灯
控制器面板有:
电源指示灯及自锁开关,控制机箱TR1变压器的开断,注意开关两端有高压380V;故障指示灯复位开关;修磨预警指示灯;调整、焊接、夹紧三位开关;单点、连点两位开关。
配固定式、一体化式的控制器,根据用户的不同需要,面板还可设有一位或二位拨码开关(拨码与规范对应关系请参见下表)。
控制器面板使用一位拨码时,规范号与拨码对应关系如下:
规范号
拨码
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
9
9
控制器面板使用二位拨码时,规范号与拨码对应关系如下:
(配固定式、一体化点焊机)
规范号
拨码2(左)、拨码1(右)
规范号
拨码2(左)、拨码1(右)
0
00
8
10
1
01
9
11
2
02
10
12
3
03
11
13
4
04
12
14
5
05
13
15
6
06
14
16
7
07
15
17
二.控制箱使用前检查
控制箱在投入使用前,请仔细检查各连接螺钉和保险丝是否松动,然后按下述步骤操作。
1.控制箱静态检查方法,(静态检查是指未通电前用万用表测试电阻)以判断控制箱是否正常,这也是在控制箱出现故障时的一种故障定位方法。
1.1J1插头检查
J1是控制箱与主控板连接的插头座,插座在主控板上,插头连接控制箱内安装元件,检查J1插头可以判断这些元件的好坏。
J1—3,14,测量电阻为零欧姆,此乃温度继电器常闭触点,电阻值不为零则不是断线则是温度继电器有问题。
J1—11,21,测量电阻值为2.8欧姆,此乃主控板的低压供电电源。
由TR1的21V绕组输出,阻值太低绕组可能有短路,阻值过高绕组可能有开路现象。
J1—4,15,测量电阻值为4欧姆,此乃TR2可控硅波形检测,为TR2付边的15V绕组,测不到则断线或TR2可能开路。
J1—8,18,测量电阻值为10~20欧姆,可控硅触发极信号G2,K2,若电阻值很大检查是否有开路现象,若电阻值为零检查保护电阻和二极管是否短路。
J1—9,19,测量电阻值为10~20欧姆,可控硅触发极信号G1,K1,若电阻值很大检查是否有开路现象,若电阻值为零检查保护电阻和二极管是否短路。
J1—5,16,测量电阻值为10~20欧姆,这是气阀供电电源,随供电电压的不同绕组不同,因此阻值也不同。
J1—2,13,测量电阻值为6~7欧姆,此乃相位基准信号,从TR1输出的15V。
J1—1,12,测量电阻值为800Ω~2.2KΩ,此乃电流互感器及与它相串联的档量调整电位器,电阻偏向两个极端说明定标位置不太合适,当阻值过大或开路时需检查连线,也可能电位器接触不良所致。
1.2J2插头检查
J2插头用于连接启动开关和加压气阀,此部分检查时应该在接线时进行,两根气阀线测量静态电阻值为几十Ω~1KΩ,(气阀不同阻值也不同),另外接气阀线时测一下两根气阀线对地(机箱)及对电网电源是否短路,若短路是绝不允许的。
1.3A,B,X接线检查
A,B是连接电网两根相线,相间电压为~380V。
B,X是接焊接变压器的输出线。
A,X间经过两个反并联的可控硅控制通断,是焊接初级电流必经之路,而B是公用线,在B相直接有粗线到焊接变压器的情况下,可以用较细的线与控制箱B端连接。
在接好焊接变压器但未通电时B,X测电阻应基本短路,因焊接变压器初级电阻是很小的,A,B间有几十欧姆阻值。
在B,X未接变压器时B,X间电阻应为200~300Ω。
1.4绝缘检查
在未通水情况下线路与机箱地之间电阻应为无穷大,在通水后为几十KΩ也是正常。
1.5检查及核对气阀电源电压与所配气阀工作电压是否一致,不一致时需改变气阀电源电压。
将TR1付边输出接线端子调整到所需位置即可。
本控制箱出厂前的缺省设置为24V。
2.检查控制板的插头是否与插座插牢。
3.焊接控制方式的选择,通过调整控制板上切换开关S1、S2的位置,选择所需的工作方式,出厂设定缺省值为恒流控制方式。
4.焊接电源线及焊接输出线的连接,焊接电源(交流380V)由控制箱下侧的A、B接线端接入;到焊接变压器的输出线由B、X端子接出(请参见“控制箱接线说明图”)。
输入电缆长度在10米内(含10米),推荐电缆(YⅡ)截面如下:
配80KVA焊接变压器用不小于50㎜2;配125KVA焊接变压器用不小于70㎜2;
配160KVA焊接变压器用不小于90㎜2;配200KVA焊接变压器用不小于100㎜2;
5.控制线连接,详见说明书。
6.地线连接在控制箱后左下角,设有M8的接地螺钉,使用前请务必与地线接牢。
7.冷却水管的连接,冷却水管接头位于控制箱后右下角,下为进水,上为出水,请使用3/8″的水管接牢。
8.控制器前面板的设定:
建议初次使用前,将焊接/调整开关置于调整状态;将单点/连点开关置于单点状态,确保无误后再置于所需状态(请参见“面板开关及指示灯图”)。
9.连接上编程器(请参见编程器使用说明)。
10.完成上述步骤后,再次检查A、B、X线及地线是否接牢,水路、气路是否通畅等。
第五章LK系列控制箱的故障处理及维护
一、常见故障及处理方法
若启动焊接开关,无焊接动作。
(1)查控制箱有无供电。
(2)查控制箱保险丝是否已烧断,或接触不良。
(3)启动开关能否有效闭合,闭合时间是否足够。
以及启动开关电路的接线是否断开。
(4)如果焊机工作异常或停机时,控制板上的故障指示灯会点亮,连接编程监视器可显示故障名称(见常见故障显示表),以便采取相应措施。
表2:
常见故障显示表
故障名称
原因及维修方法
存储器出错
焊接规范、修磨规范等数据未经修改而有变化,可通过编程监视器等重新写入参数。
电流异常(超限)
1,主控制电气元件是否损坏导致可控硅触发异常;
2,各处连线是否松动而使得阻抗变大;
3,检查冷却水是否通畅;
4,焊钳是否有短路引起的分流;
5,所设定的电流是否已接近或超过焊接变压器的容量;
6,检查气路或电缆是否老化,部分折断等。
可控硅直通
1,检查可控硅是否损坏;
2,检查TR2变压器有无开路或连线断;
3,检查主控制板J1接触是否良好。
可控硅过热
应检查可控硅冷却水是否流畅,焊接频率是否过高,温度继电器有无故障。
相位异常
检查机箱TR2变压器是否击穿。
电极寿终告警
当焊点数达到设定的总焊点数时,提示电极需更新;按机箱面板故障复位即可消除故障显示。
电极修磨提示
当焊点数达到设定的修磨点数时,提示电极需修磨;按机箱面板故障复位即可消除故障显示。
网压过低
在通电过程中,电网电压下降低于网压30%的情况下提出报警;另外,可检查主控制板+5V是否低于4.85V,可调控制板上VR1电位器上调到5.1V,或将VR3顺时针调到底。
电极更新预警提示
当焊点数达到更新预警点数时,更新预警灯亮,提示正在工作的电极即将达到更新点数,这种情况不影响正常焊接。
另外:
1.当无焊接电流输出应检查:
焊接电源是否接通;
保险丝是否断了;
焊接开关有无损坏;
各主要连接处是否接牢;
可控硅是否损坏。
2.若编程器显示:
“编程器数据丢失”,请按确认键,“向编程器写入数据”,再按确认键即可。
二、LK控制箱的维护以及注意事项
1.焊机约在80%的能力下使用时,恒流效果最佳,大于80%时恒流效果下降,故建议用户尽量在焊机能力的80%以下使用。
2.通电使用时,机箱壳体必需牢固接地,不允许打开机箱,触摸控制箱内各部件,以免触电;检查控制箱、控制板时,必需切断电源。
3.必需确保冷却水水管接牢、水路畅通无杂质且具有一定的压力和流量,并定期检查。
4.定期检查控制箱内接线处是否松动。
5.长期存放时,存放的仓库应空气流通,温度在5℃~40℃范围内,相对湿度不大于90%。
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