拉弧式逆變螺柱焊的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于焊接設(shè)備領(lǐng)域，具體是一種拉弧式逆變螺柱焊機(jī)。包括主電源電路和控制系統(tǒng)，所述主電源電路包括電流整流橋、電容濾波器、IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路、逆變變壓器和整流二極管，電源通過(guò)電流整流橋由交流輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?，?jīng)過(guò)電容濾波器后連接在逆變變壓器的初級(jí)公共端，IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路連接在初級(jí)公共端的兩端；所述整流二極管連接在逆變變壓器的次級(jí)端，整流二極管的正極輸出端通過(guò)分流器和輸出電感后連接焊接電源的正極輸出，整流二極管的負(fù)極輸出端通過(guò)旁路電感旁路可控硅后連接焊接電源的負(fù)極輸出；所述IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路連接控制系統(tǒng)的IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊。特適用于鋁合金的焊接，提高鋁合金螺柱焊接的質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】拉弧式逆變螺柱焊機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于焊接設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種螺柱焊機(jī)，具體是一種拉弧式逆變螺柱焊機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在國(guó)內(nèi)螺柱焊機(jī)生產(chǎn)型企業(yè)中，大多數(shù)焊機(jī)產(chǎn)品多為電容儲(chǔ)能焊機(jī)，其原理是運(yùn)用電容儲(chǔ)能、電容快速放電的工作原理，其焊接時(shí)間短，一般為2-3MS，焊接熔深較淺，焊接質(zhì)量難以保證。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中也有少部分長(zhǎng)周期拉弧式螺柱焊機(jī)，主要用于鋼結(jié)構(gòu)剪力栓釘?shù)暮附?，原理是采用工頻變壓器和可控硅控制，為高能耗的工頻螺柱焊機(jī)，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。在短周期自動(dòng)拉弧螺柱焊焊接技術(shù)方面，特別是在鋁合金制品行業(yè)中，現(xiàn)有的短周期螺柱焊設(shè)備也只有儲(chǔ)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(shí)，焊接質(zhì)量不是很穩(wěn)定。
[0004]隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車車身質(zhì)量趨向于輕量化設(shè)計(jì)，高強(qiáng)度鋁合金材料得到大量運(yùn)用，因鋁合金材料熔點(diǎn)低，焊接區(qū)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(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)提聞生廣效率等。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種可帶氣體保護(hù)直流多脈沖短周期的拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，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/不銹鋼)，其特別針對(duì)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(wú)凸點(diǎn)、無(wú)氣孔、焊接成型好特點(diǎn)。
[0006]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型是通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0007]在原有螺柱焊設(shè)備基礎(chǔ)上，針對(duì)鋁合金焊接技術(shù)難點(diǎn)，研發(fā)出在帶氣體保護(hù)直流多脈沖短周期螺柱焊接技術(shù)。其直流脈沖電流高達(dá)1500A，脈沖頻率在5KHz以內(nèi)任意可調(diào)，推出自動(dòng)螺柱焊機(jī)，設(shè)計(jì)一種拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，包括主電源電路和控制系統(tǒng)，所述主電源電路包括電流整流橋、電容濾波器、IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路、逆變變壓器和整流二極管，電源通過(guò)電流整流橋由交流輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?，?jīng)過(guò)電容濾波器后連接在逆變變壓器的初級(jí)公共端，IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路連接在初級(jí)公共端的兩端；所述整流二極管連接在逆變變壓器的次級(jí)端，整流二極管的正極輸出端通過(guò)分流器和輸出電感后連接焊接電源的正極輸出，整流二極管的負(fù)極輸出端通過(guò)旁路電感旁路可控硅后連接焊接電源的負(fù)極輸出；所述IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路連接控制系統(tǒng)的IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊。
[0008]所述控制系統(tǒng)包括DSP數(shù)字控制中心、控制電源模塊、軟啟動(dòng)控制模塊、IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊和人機(jī)界面窗口，所述控制電源模塊、軟啟動(dòng)控制模塊和IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊連接DSP數(shù)字控制中心，受DSP數(shù)字控制中心控制；所述控制電源模塊對(duì)DSP數(shù)字控制中心、IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊、軟啟動(dòng)控制模塊、人機(jī)界面窗口提供電源供電，并電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)與保護(hù)；所述軟啟動(dòng)控制模塊連接軟啟動(dòng)可見(jiàn)硅的控制端，控制軟啟動(dòng)可見(jiàn)硅的通斷；所述IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊連接IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路，對(duì)其進(jìn)行控制；所述人機(jī)界面窗口對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行工藝參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)顯示。
[0009]以上所述的拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，進(jìn)一步的，所述所述主電源電路還包括三相電源空氣開(kāi)關(guān)、三相進(jìn)電源濾波器和三相動(dòng)力接觸器，所述三相電源空氣開(kāi)關(guān)控制整個(gè)機(jī)器電源的開(kāi)關(guān)，所述三相進(jìn)電源濾波器用于防止外部電源污染，所述三相動(dòng)力接觸器用于控制機(jī)器電源負(fù)載。
[0010]所述主電源電路還包括有軟啟動(dòng)可見(jiàn)硅，串聯(lián)在主電源電路的負(fù)極輸入線路上，所述軟啟動(dòng)可見(jiàn)硅通過(guò)軟啟動(dòng)控制模塊進(jìn)行控制。
[0011]以上所述的拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，進(jìn)一步的，所述控制系統(tǒng)還包括保護(hù)檢測(cè)電路模塊，對(duì)主電源電路和控制系統(tǒng)的溫度、電流和電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)。
[0012]所述控制系統(tǒng)還包括氣體保護(hù)控制模塊，為螺柱焊接區(qū)域提供惰性氣體保護(hù)。所述的控制系統(tǒng)還包括手動(dòng)焊槍模塊、自動(dòng)焊槍模塊和送料機(jī)通訊模塊，所述手動(dòng)焊槍模塊、自動(dòng)焊槍模塊和送料機(jī)通訊模塊連接DSP數(shù)字控制中心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊槍或手動(dòng)焊槍及送料機(jī)與DSP數(shù)字控制中心的通信，在DSP數(shù)字控制中心的指令控制下，使焊槍、送料機(jī)與焊機(jī)協(xié)同工作。
[0013]所述控制系統(tǒng)還包括機(jī)器人通訊模塊，實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)器人與DSP數(shù)字控制中心的通
信。
[0014]其中，所述DSP數(shù)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(zhuǎn)換電路。
[0015]本實(shí)用新型的技術(shù)方案相的有益技術(shù)效果在于:主電源焊接電流最大輸出為1500Α，每個(gè)輸出口可獨(dú)立設(shè)定焊接工藝參數(shù)，并有防止重復(fù)焊接保護(hù)功能；可以選擇實(shí)現(xiàn)帶氣體保護(hù)焊接功能，并有保護(hù)氣體流量設(shè)置、檢測(cè)、保護(hù)功能；采用節(jié)能的IGBT逆變技術(shù)，降低成本；螺柱焊接飛濺小、焊接牢固、薄板焊接背面無(wú)凸點(diǎn)、無(wú)氣孔、焊接成型好特點(diǎn)，可以提聞?wù)泻辖鹇葜附拥馁|(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1本實(shí)用新型實(shí)施例的螺柱焊接電源控制原理框圖。
[0017]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的螺柱焊接時(shí)序圖。
[0018]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的DSP數(shù)字控制中心的控制軟件總流程圖。
[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(shí)用新型實(shí)施例的螺柱焊接過(guò)程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]參照?qǐng)D1所示，本實(shí)施例為一種自動(dòng)的拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，可以用于鋁合金的螺柱焊接，包括主電源電路和控制系統(tǒng)，主電源電路將電源轉(zhuǎn)換成焊接電流輸出，控制系統(tǒng)控制整個(gè)螺柱焊機(jī)的工作，以及外接焊接機(jī)器人或焊槍的焊接作業(yè)。
[0023]主電源電路外接AC380V電源，外接電源先通過(guò)三相電源空氣開(kāi)關(guān)1、三相進(jìn)電源濾波器2和三相動(dòng)力接觸器3處理，其中三相電源空氣開(kāi)關(guān)控制整個(gè)螺柱焊機(jī)的電源，三相進(jìn)電源濾波器可防止外部電源污染，三相動(dòng)力接觸器控制機(jī)器電源負(fù)載，防止電流過(guò)大，損壞焊機(jī)。
[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(dòng)可見(jiàn)硅，IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路7、逆變變壓器9和整流二極管10，電流整流橋4將外接AC380V電源的交流輸入轉(zhuǎn)變成直流，經(jīng)過(guò)電容濾波器后連接在逆變變壓器的初級(jí)公共端，逆變變壓器為高頻變壓器，IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路連接在初級(jí)公共端的兩端，IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路7連接控制系統(tǒng)的IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊17，通過(guò)控制IGBT橋式開(kāi)關(guān)的通斷，以實(shí)現(xiàn)逆變變壓器的輸入電流變化，在次級(jí)端產(chǎn)生感應(yīng)電流，作為焊接電流輸出；整流二極管連接在逆變變壓器的次級(jí)端，整流二極管的正極輸出端經(jīng)過(guò)分流器和輸出電感11后連接焊接電源的正極輸出，正極輸出端連接待焊接工件；整流二極管的負(fù)極輸出端經(jīng)過(guò)旁路電感13和旁路可控硅14后連接焊接電源的負(fù)極輸出；負(fù)極輸出端連接焊槍，通過(guò)螺柱端部與工件，形成焊接回路產(chǎn)生焊接電流。
[0025]軟啟動(dòng)可見(jiàn)硅串聯(lián)在主電源電路的負(fù)極輸入線路上，通過(guò)軟啟動(dòng)控制模塊進(jìn)行控制焊機(jī)的啟動(dòng)。在逆變變壓器的一個(gè)初級(jí)公共端還設(shè)有初級(jí)電流檢測(cè)8，對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)。
[0026]控制系統(tǒng)包括DSP數(shù)字控制中心19、控制電源模塊20、軟啟動(dòng)控制模塊18、IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊17、人機(jī)界面窗口 21、保護(hù)檢測(cè)電路模塊16、氣體保護(hù)控制模塊26、機(jī)器人通訊模塊25、手動(dòng)焊槍模塊22、自動(dòng)焊槍模塊24和送料機(jī)通訊模塊23。
[0027]DSP數(shù)字控制中心19，其核心是最新的型號(hào)為TMS320F28335的DSP數(shù)字控制器，DSP數(shù)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(zhuǎn)換電路。
[0028]控制電源模塊20對(duì)控制系統(tǒng)、IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊、軟啟動(dòng)控制模塊、人機(jī)界面窗口(如液晶顯示器)提供電源供電，并對(duì)驅(qū)動(dòng)電源、提槍電源、接觸電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)與保護(hù)。
[0029]軟啟動(dòng)控制模塊18和IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊17連接DSP數(shù)字控制中心，受DSP數(shù)字控制中心控制，軟啟動(dòng)控制模塊控制焊機(jī)的啟動(dòng)，IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊用于驅(qū)動(dòng)IGBT橋式開(kāi)關(guān)的通斷。
[0030]人機(jī)界面窗口 21對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行螺柱焊接工藝參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)顯示，如電流大小、電流時(shí)間、弧壓判斷、頂鍛電流大小、頂鍛電流時(shí)間、提前落槍時(shí)間、提槍高度、落槍速度，保護(hù)氣體提前供氣時(shí)間以及保護(hù)氣體延時(shí)保護(hù)時(shí)間等焊接工藝參數(shù)傳輸給DSP數(shù)字控制中心。
[0031 ] 送料機(jī)通訊模塊23連接DSP數(shù)字控制中心，通過(guò)光纖通信與自動(dòng)送料機(jī)進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，完成螺柱自動(dòng)裝釘功能。機(jī)器人通訊模塊25采用Devicenet協(xié)議與焊接機(jī)器人通訊。
[0032]手動(dòng)焊槍模塊22主要進(jìn)行人工手動(dòng)焊接任務(wù)。自動(dòng)焊槍模塊24可以將焊接允許條件(如接觸信號(hào)、垂直信號(hào)、焊接開(kāi)始信號(hào))通過(guò)傳輸給DSP數(shù)字控制中心，DSP數(shù)字控制中心發(fā)出允許焊接能量輸出，完成焊接任務(wù)。
[0033]保護(hù)檢測(cè)電路模塊16對(duì)三相交流輸入電壓進(jìn)行過(guò)壓、欠壓、輸入電流過(guò)流、機(jī)箱環(huán)境溫度高、功率器件過(guò)溫、IGBT過(guò)流，逆變變壓器和次級(jí)的整流二極管過(guò)溫、次級(jí)開(kāi)路或短路等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)，具體分布在各個(gè)控制單元。
[0034]保護(hù)氣體控制模塊26為螺柱焊接區(qū)域提供惰性氣體保護(hù)，可以開(kāi)啟或關(guān)閉使用惰性氣體保護(hù)。
[0035]參照?qǐng)D2所示，為本實(shí)施例的螺柱焊接時(shí)序圖。
[0036]參照?qǐng)D3、圖4所示，為本實(shí)施例的DSP數(shù)字控制中心的控制軟件對(duì)焊機(jī)進(jìn)行控制的流程。
[0037]參照?qǐng)D5所示，為本實(shí)施例的拉弧式逆變螺柱焊機(jī)的焊接過(guò)程流程圖。
[0038]本實(shí)施例的螺柱烤電機(jī)為帶氣體保護(hù)直流多脈沖短周期螺柱焊焊機(jī)，其直流脈沖電流高達(dá)1500A，脈沖頻率在5KHz以內(nèi)任意可調(diào)；與手動(dòng)焊槍連接時(shí)構(gòu)成手動(dòng)螺柱焊接；與自動(dòng)送料機(jī)、半自動(dòng)焊槍實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)螺柱焊接；還能與自動(dòng)送料機(jī)、自動(dòng)焊槍、機(jī)器人組成自動(dòng)螺柱焊接系統(tǒng)。
[0039]螺柱焊機(jī)可設(shè)置多個(gè)焊槍接口，可以一臺(tái)螺柱焊機(jī)帶多把焊槍同時(shí)工作；每個(gè)輸出接口均可實(shí)現(xiàn)恒流輸出或者脈沖直流輸出；每個(gè)輸出端口均可實(shí)現(xiàn)帶氣體保護(hù)焊接功能；有保護(hù)氣體流量設(shè)置、檢測(cè)、保護(hù)功能；也可實(shí)現(xiàn)不帶氣保護(hù)焊接功能；自動(dòng)焊槍采用直線電機(jī)提升、光柵反饋提升高度，提升距離范圍0.5MM?3.0ΜΜ，可根據(jù)焊接工藝要求任意設(shè)定。
[0040]以上實(shí)施例為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不背離本實(shí)用新型技術(shù)原理的基礎(chǔ)上所做的任何顯而易見(jiàn)的改動(dòng)，都屬于本實(shí)用新型的構(gòu)思和所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，包括主電源電路和控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主電源電路包括電流整流橋、電容濾波器、IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路、逆變變壓器和整流二極管，電源通過(guò)電流整流橋由交流輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?，?jīng)過(guò)電容濾波器后連接在逆變變壓器的初級(jí)公共端，IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路連接在初級(jí)公共端的兩端；所述整流二極管連接在逆變變壓器的次級(jí)端，整流二極管的正極輸出端通過(guò)分流器和輸出電感后連接焊接電源的正極輸出，整流二極管的負(fù)極輸出端通過(guò)旁路電感旁路可控硅后連接焊接電源的負(fù)極輸出；所述IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路連接控制系統(tǒng)的IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，其特征在于:所述主電源電路還包括三相電源空氣開(kāi)關(guān)、三相進(jìn)電源濾波器和三相動(dòng)力接觸器，所述三相電源空氣開(kāi)關(guān)控制整個(gè)機(jī)器電源的開(kāi)關(guān)，所述三相進(jìn)電源濾波器用于防止外部電源污染，所述三相動(dòng)力接觸器用于控制機(jī)器電源負(fù)載。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，其特征在于:所述主電源電路還包括有軟啟動(dòng)可見(jiàn)硅，串聯(lián)在主電源電路的負(fù)極輸入線路上，所述軟啟動(dòng)可見(jiàn)硅通過(guò)軟啟動(dòng)控制模塊進(jìn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)包括DSP數(shù)字控制中心、控制電源模塊、軟啟動(dòng)控制模塊、IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊和人機(jī)界面窗口，所述控制電源模塊、軟啟動(dòng)控制模塊和IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊連接DSP數(shù)字控制中心，受DSP數(shù)字控制中心控制；所述控制電源模塊對(duì)DSP數(shù)字控制中心、IGBT驅(qū)動(dòng)模塊、軟啟動(dòng)保護(hù)模塊、人機(jī)界面窗口提供電源供電，并電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)與保護(hù)；所述軟啟動(dòng)控制模塊連接軟啟動(dòng)可見(jiàn)硅的控制端，控制軟啟動(dòng)可見(jiàn)硅的通斷；所述IGBT逆變驅(qū)動(dòng)模塊連接IGBT橋式開(kāi)關(guān)逆變電路，對(duì)其進(jìn)行控制；所述人機(jī)界面窗口對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行工藝參數(shù)設(shè)定和數(shù)據(jù)顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)還包括保護(hù)檢測(cè)電路模塊，對(duì)主電源電路和控制系統(tǒng)的溫度、電流和電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)還包括氣體保護(hù)控制模塊，為螺柱焊接區(qū)域提供惰性氣體保護(hù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)還包括手動(dòng)焊槍模塊、自動(dòng)焊槍模塊和送料機(jī)通訊模塊，所述手動(dòng)焊槍模塊、自動(dòng)焊槍模塊和送料機(jī)通訊模塊連接DSP數(shù)字控制中心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊槍或手動(dòng)焊槍及送料機(jī)與DSP數(shù)字控制中心的通信，在DSP數(shù)字控制中心的指令控制下，使焊槍、送料機(jī)與焊機(jī)協(xié)同工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)還包括機(jī)器人通訊模塊，實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)器人與DSP數(shù)字控制中心的通信。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8任意一項(xiàng)所述的拉弧式逆變螺柱焊機(jī)，其特征在于:所述DSP數(shù)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(zhuǎn)換電路。
【文檔編號(hào)】B23K9/20GK203621708SQ201320774431
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】龍立新 申請(qǐng)人:深圳市鴻栢科技實(shí)業(yè)有限公司