CN101474711B - 拉弧式电容储能螺柱焊机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉弧式电容储能螺柱焊机，包括变压器、焊接主电路、引弧电路和控制模块，焊接主电路包括充电整流桥、充电可控硅，储能电容器和放电可控硅，充电整流桥经充电可控硅接变压器的次级，储能电容器并接在充电整流桥的输出端，并经放电可控硅接焊接主电路的输出端；引弧电路包括引弧可控硅，引弧整流桥，引弧整流桥经引弧可控硅接变压器的次级，引弧整流桥的输出端与焊接主电路的输出端并接；充电可控硅、放电可控硅、引弧可控硅的控制端分别接控制模块。本发明是一种故障率低，能够焊接镀锌板材的拉弧式电容储能螺柱焊机。

Description

拉弧式电容储能螺柱焊机

[技术领域]

本发明涉及焊接设备，尤其涉及一种板金领域使用的拉弧式电容储能螺柱焊机。

[背景技术]

螺柱焊是将金属螺柱或类似与螺柱的工件垂直焊接到另一个工件上的一种焊接方法。目前国内螺柱焊机有拉弧式和电容储能式两大类：拉弧式螺柱焊机又分为长周期和短周期两种。

长周期螺柱焊机焊接时间较长，一般为100MS——2500MS，焊接电源是一个具有高空载电压和输出电流较大的弧焊电源，它需要三相380V的工作电源，它只能够焊接螺柱直径为6—30MM的螺柱，焊接螺柱直径与工件板材厚度的比值小于3。否则工件就会焊穿。

短周期螺柱焊机焊接时间一般为10MS——200MS，它只能够焊接螺柱直径为3—10MM，且板材厚度要大于0.6MM，因为焊接电源空载电压高，也容易将板焊穿。它需要三相380V的工作电源。

电容储能螺柱焊机可以使用220V工作电源，节能、环保、体积小重量轻携带方便，利用电容的快速储放能量特点，通过控制系统和焊枪几借助螺柱自身的小凸点产生尖端放电，形成焊接电弧使螺柱和工件表面形成熔池，在焊枪的弹力作用下将螺柱压入熔池，形成焊接接头。焊接时间短只有1—3MS，能够焊接0.6MM以下的板。它的缺点是螺柱端部一定要有一个尖端，如果没有此尖端焊接电弧就不能正常产生，导致焊接失败。电容储能螺柱焊机不能焊接有镀层的板材(如镀锌板)，不能焊接带168度锥度的螺柱。不能自动焊接。

中国专利200610052886.X公开的是一种储能拉弧式螺柱焊机，采用继电器模拟控制，其缺点是，不能接自动送料机进行自动焊接。其充电范围小，仅60——90V，采用继电器的控制方式故障率较高，不能焊接有镀层的板材。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种故障率较低，能够焊接镀锌板材的拉弧式电容储能螺柱焊机。

本发明进一步要解决的技术问题是提供一种连接自动送料机进行半自动焊接的拉弧式电容储能螺柱焊机。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种拉弧式电容储能螺柱焊机，包括变压器、焊接主电路、引弧电路和控制模块，所述的焊接主电路包括充电整流桥、充电可控硅，储能电容器和放电可控硅，所述的充电整流桥经充电可控硅接变压器的次级，所述的储能电容器并接在充电整流桥的输出端，并经放电可控硅接焊接主电路的输出端；所述的引弧电路包括引弧可控硅，引弧整流桥，所述的引弧整流桥经引弧可控硅接变压器的次级，所述引弧整流桥的输出端与焊接主电路的输出端并接；所述充电可控硅、放电可控硅、引弧可控硅的控制端分别接控制模块。

以上所述的拉弧式电容储能螺柱焊机，所述的引弧电路包括限流电阻和续流电感，所述的限流电阻和续流电感串接在引弧整流桥的输出电路中。

以上所述的拉弧式电容储能螺柱焊机，所述的焊接主电路包括吸收二极管，所述的吸收二极管与储能电容器并接，吸收二极管的正极接储能电容器的负极，吸收二极管的负极接储能电容器的正极。

以上所述的拉弧式电容储能螺柱焊机，所述的焊接主电路包括补偿电容，所述的补偿电容与所述的充电可控硅串联后，接在充电整流桥与变压器的次级之间。

以上所述的拉弧式电容储能螺柱焊机，所述的控制模块包括微处理器、引弧电流驱动电路、充电驱动电路、放电驱动电路和参数设定及显示装置，所述的引弧电流驱动电路、充电驱动电路、放电驱动电路接微处理器，受微处理器控制；所述引弧电流驱动电路的控制输出端接引弧可控硅的控制端，控制引弧可控硅的通断；所述充电驱动电路的控制输出端接充电可控硅的控制端，控制充电可控硅的通断；所述放电驱动电路的控制输出端接放电可控硅的控制端，控制放电可控硅的通断；所述的参数设定及显示装置接微处理器，对系统进行工作参数设定和数据显示。

以上所述的拉弧式电容储能螺柱焊机，所述的控制模块包括充电检测保护电路，所述充电检测保护电路的电压检测线接储能电容器两端，向微处理器反馈储能电容器的充电电压，由微处理器限制储能电容器的充电电压。

以上所述的拉弧式电容储能螺柱焊机，所述的控制模块包括焊枪控制电路和送料机通讯电路，所述的焊枪控制电路和送料机通讯电路接微处理器，实现焊枪及送料机与微处理器的通信，在微处理器的指令的控制下，使焊枪、送料机与焊机协同工作。

本发明通过控制模块控制充电可控硅、放电可控硅和引弧可控硅进行充电、引弧和放电，设备故障率显著下降，可靠性好。本发明采用小电流引弧，使其解决在螺柱焊过程中引弧困难的问题。同时它具有清理工件表面油污，及将工件表面镀层清理等作用，使得螺柱焊接质量好，也解决了将大螺柱焊接在超薄工件上的难题。

本发明进一步包括焊枪控制电路和送料机通讯电路，在微处理器的指令的控制下，使焊枪、送料机与焊机协同工作，使本发明拉弧式电容储能螺柱焊机能够与自动送料机连接，实现半自动焊接。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明拉弧式电容储能螺柱焊机实施例的工作流程图。图2是本发明拉弧式电容储能螺柱焊机实施例的电路原理图。

图3是本发明拉弧式电容储能螺柱焊机实施例的原理框图。

图4是本发明拉弧式电容储能螺柱焊机实施例的系统连接图。

[具体实施方式]

本发明拉弧式电容储能螺柱焊机实施例的工作原理如图1至图4所示。

220V电源经过开关K1，串联总保险F1后与变压器T1、T2相连接，T1为工作变压器，T2为控制电源变压器。T1将220V电源变成AC190V的充电电源和AC60V引弧电源，变压器T2给MCU(MCU型号是PIC18F6420)控制板及主控板提供控制电源，充电电压范围40V——200V。

焊接主电路包括充电整流桥D2、充电可控硅(双向可控硅)D1，储能电容器(电容组)C2、放电可控硅D6和吸收二极管D5。补偿电容C1，充电可控硅(双向可控硅)D1，充电整流桥D2的1和3端串联后连接到变压器T1次级线圈AC190V电源两端，将交流转变成直流后给电容组C2充电。电阻R1与补偿电容并联，补偿电容C1的作用在于提高充电速度，电阻R1的作用是在关机后给C1放电。电容组C2的两端连接充电检测保护电路3，检测到的充电电压通过充电检测保护电路3反馈到微处理器(MCU)9，再通过触摸屏7显示充电电压值。双向可控硅D1的控制端连接到充电驱动电路2，充电驱动电路2和MCU相连，根据MCU的指令控制D1的导通与关断，以控制充电电压。充电整流桥D2的2脚(正极)和4脚(负极)分别连接到电容组C2正负极上，电容组C2经放电可控硅D6接焊接主电路的输出端。放电可控硅D6的正极接在电容组C2的正极，放电可控硅D6的负极接焊机(焊接主电路)的正极输出端10端(工件端)，电容组C2的负极接焊机(焊接主电路)的负极输出端11端(焊枪端)，经焊枪上螺柱和工件接触形成焊接放电回路。放电可控硅D6的控制极接放电驱动电路4，放电驱动电路4和MCU相连接，由MCU通过放电驱动电路4控制放电可控硅D6导通以实现电容组C2的能量通过焊接回路产生焊接电弧。吸收二极管D5与电容组C2并接，吸收二极管D5的正极接电容组C2的负极，吸收二极管D5的负极接电容组C2的正极。吸收二极管D5的作用是释放焊枪工作过程结束时产生的反向电能。

引弧电路的输出端同焊接主电路的输出端并接。引弧电路包括引弧可控硅D3，引弧整流桥D4。变压器T1次级线圈AC60V绕组，引弧可控硅D3，引弧整流桥D4的1、3端相串联。引弧整流桥D4的正极接主电路的输出端10(工件端)，引弧整流桥D4的负极和限流电阻R4，续流电感L1串联后接主电路的输出端11(焊枪端)。微处理器9(MCU)和引弧电流驱动电路1控制引弧可控硅D3的通断，以小电流AC60V供给小电流整流桥D4，转变成直流后再经续流电感L1和限流电阻R3接到主电路的输出端，输出到焊枪的焊接回路形成引弧小电流。引弧小电流用来清理工件表面油污，燃烧工件上的镀层。

MCU通过送料机通讯电路端口8连接到焊机上的航空插头上，再通过连接线与送料机相连，控制送料机自动输送螺钉。

焊枪的控制电缆与焊枪端口12相连。MCU控制焊枪控制电路6，给焊枪上电磁铁供电使焊枪导电夹提升，保证电弧产生。断电后通过焊枪自身弹力作用将螺钉压入熔池，形成焊接接头。

焊枪上的接触工件信号，垂直信号，扣枪信号通过焊枪控制端口与焊枪控制电路6传送给MCU。MCU发出焊接信号给小电流引弧，和焊枪及放电可控硅释放能量形成焊接电弧。

焊接参数是通过人机界面触摸屏7与MCU相连接，设定和显示焊接参数。

控制变压器T2的输出端分别连接到控制电源部分5给控制部分1、2、3、4、6、7、8、9提供工作电源。

螺柱自动送料系统通过本身的传感器来控制电机的启动和停止，通过传感器来检测钉量，通过指示灯显示螺钉数量不足。

单相220V市电经两个变压器变压后得到若干组电压：一组电压为60V，经整流后为机器提供小电流(拉弧)；一组电压为190V，经可控硅和整流桥整流后向储能电容器充电，电容器两端电压受可控硅的控制且可调，调整范围在40V～200V之间；另外几组为控制及隔离电源：17V的控制电源，17V的接触控制电源，17V的垂直控制电源，17V的隔离电源，60V的提枪控制电源。

充电可控硅经光电耦合器受控于MCU。准确的鉴别交流电源电压的零点，准确的调整、控制相移量，然后通过放大整形来推动充电可控硅，并通过调整导通角的大小来控制储能电容器两端充电电压的高低。工作时序、相移控制量、数据的采集、监控、转换、保护等功能由MCU的程序控制来完成。

焊接时，焊枪上螺柱接触工件信号，焊枪垂直信号，以及扣抢信号通过焊枪控制电路6传输给MCU，MCU发出开始焊接指令，先产生引狐电流，MCU控制焊枪电磁铁提升，小电流(拉弧)工作一段时间，焊枪开始下落，放电可控硅受到触发而导通，储能电容器上的电荷通过放电回路施加于螺柱与焊接工件之间，在极短的时间内产生很大的热量，熔化金属表面形成约0.5毫米的溶池，使得螺柱与工件牢固的结合，焊接过程结束。

本发明实施例的有益效果主要表现在以下方面：

直接给使用者带来明显的经济效果，提高了生产效率，工人操作方便，操作人员培训简单，特别是对技术难度较大的生产。比如焊接镀锌材，对直接使用用户来说，它即节约了生产投资资本，又得到了生产技术上难关的解决。

本发明实施例所需要的环境也给用户提供了方便，比如许多用户都在户外施工，有时网络电压不稳定，有的还没有三相源。本发明实施例克服了上述困难，确保用户正常的使用和生产。

现有技术的储能焊机都能焊接薄板，但是焊接工件表面不干净，或是表面有镀层就不能焊接，还有是不能自动送钉，约束了生产效率。

本发明实施例采用小电流引弧，使其解决在螺柱焊过程中引弧困难的问题。同时它具有清理工件表面油污，及将工件表面镀层清理等作用，使得螺柱焊接效果好，也解决了将大螺柱焊接在超薄工件上的难题。使得螺柱直径与板材厚度之比大于或等于10，即螺柱/板厚＝10/1，而一般的长周期拉弧焊的比值都是在3/1的状态。还解决了拉弧焊不能焊接超薄板材上(或者焊接效果容易焊穿不稳定)的难题。如像一个φ2—φ3的螺柱焊接在厚板上5MM以上板上，拉弧焊就很可能将钉子焊接后的高度不够(原因是电流大不可调)。还可能出现焊接不牢等现象。本发明实施例能够根据实际情况来调适当的储能(也就是焊接能量)，焊接时间短，能量释放集中控制，焊接飞溅小，达到较好的效果。

本发明实施例可以使用单相220V普通照明用电，因能量是长时间储存(储存时间平均1秒)瞬间释放(释放时间4毫秒)，耗电仅相当于500W的用电器。开机不焊接时，除主控板和显示器用电外，其他部分不耗电。与同样功能的工频拉弧式螺柱焊机相比，平均节电50％以上。

Claims (6)

1.一种拉弧式电容储能螺柱焊机，包括变压器、焊接主电路、引弧电路和控制模块，其特征在于：

所述的焊接主电路包括充电整流桥、充电可控硅，储能电容器和放电可控硅，所述的充电整流桥经充电可控硅接变压器的次级，所述的储能电容器并接在充电整流桥的输出端，并经放电可控硅接焊接主电路的输出端；

所述的引弧电路包括引弧可控硅，引弧整流桥，所述的引弧整流桥经引弧可控硅接变压器的次级，所述引弧整流桥的输出端与焊接主电路的输出端并接；

所述的控制模块包括微处理器、引弧电流驱动电路、充电驱动电路、放电驱动电路和参数设定及显示装置，所述的引弧电流驱动电路、充电驱动电路、放电驱动电路接微处理器，受微处理器控制；所述引弧电流驱动电路的控制输出端接引弧可控硅的控制端，控制引弧可控硅的通断；所述充电驱动电路的控制输出端接充电可控硅的控制端，控制充电可控硅的通断；所述放电驱动电路的控制输出端接放电可控硅的控制端，控制放电可控硅的通断；所述的参数设定及显示装置接微处理器，对系统进行工作参数设定和数据显示；所述充电可控硅、放电可控硅、引弧可控硅的控制端分别接控制模块。

2.根据权利要求1所述的拉弧式电容储能螺柱焊机，其特征在于，所述的引弧电路包括限流电阻和续流电感，所述的限流电阻和续流电感串接在引弧整流桥的输出电路中。

3.根据权利要求1所述的拉弧式电容储能螺柱焊机，其特征在于，所述的焊接主电路包括吸收二极管，所述的吸收二极管与储能电容器并接，吸收二极管的正极接储能电容器的负极，吸收二极管的负极接储能电容器的正极。

4.根据权利要求1所述的拉弧式电容储能螺柱焊机，其特征在于，所述的焊接主电路包括补偿电容，所述的补偿电容与所述的充电可控硅串联后，接在充电整流桥与变压器的次级之间。

5.根据权利要求1所述的拉弧式电容储能螺柱焊机，其特征在于，所述的控制模块包括充电检测保护电路，所述充电检测保护电路的电压检测线接储能电容器两端，向微处理器反馈储能电容器的充电电压，由微处理器限制储能电容器的充电电压。

6.根据权利要求1所述的拉弧式电容储能螺柱焊机，其特征在于，所述的控制模块包括焊枪控制电路和送料机通讯电路，所述的焊枪控制电路和送料机通讯电路接微处理器，实现焊枪及送料机与微处理器的通信，在微处理器的指令的控制下，使焊枪、送料机与焊机协同工作。

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