CN106270999A - 一种中频焊接控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中频焊接控制系统，通过监测每次冷却水转移的热量，从而推算出下次换热是否符合要求，在无法达标时才依次采用增加流速和冷却水降温的方式增加热量的转移量，从而可以节省能源，确保焊钳焊接质量。

Description

一种中频焊接控制系统

技术领域

本发明涉及一种中频焊接控制系统。

背景技术

随着科学技术的发展和制造工艺的提高，在机械结构中，焊接技术获得了越来越多的应用。与其它加工工艺相比，焊接技术具有突出的优点，比如设备结构相对简单，现场性好，适应于各种不同的工作条件。这些优势的突出也对焊接设备提出了更高的要求。电阻焊机作为焊机的一个重要部分，它独特的工艺特性，使之在诸如汽车、航空航天、家电等领域发挥着重要作用。

目前整个汽车工业的发展,正朝着节约资源、减少环境污染这两个方向迈进。减轻汽车重量以降低能耗、减少污染、提高燃油效率，这是解决汽车节能和环保问题的最有效的措施。实现汽车轻量化的方法主要有修改结构设计、缩小汽车规格和采用新型材料。其中采用轻型的结构材料是最有潜力的一种方法。由于铝合金具有高比强度、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、再生性好和简化结构等一系列优点，能满足汽车工业的上述要求，故在汽车业中倍受青睐。大量的对比研究和反复实践证明，选用铝合金材料是实现汽车轻量化的有效途径。铝合金在汽车中的应用不仅带来明显的减重效益，并且能提高燃油效率、减少尾气排放、改善汽车的动力性能等，带来巨大的经济效益和社会效益。由于我国汽车工业起步较晚，铝合金在汽车中的应用还不广泛。与国外相比，我国汽车业的铝合金用量只相当于日本20世纪80年代中期水平。我国生产的轿车，除了上海的桑塔纳、一汽奥迪和捷达(均为引进生产线)上使用了较多的铝合金外，国产车中红旗轿车用铝量最多，约有80～110kg(包括五个铝合金车轮)。解放CA141约25kg，NJ130和134为2Okg左右，EQ140约17kg。随着大断面铝型材的生产和焊接技术的不断进步，铝合金在汽车中的应用也不断增加，预计到2015年，每辆汽车的铝使用量将上升到158kg，比1995年增长72%。为了实现汽车轻量化，解决节能、环保等问题，铝合金在汽车中的应用不断增加，这是汽车发展的趋势，也是社会发展的需求。

但是，在实际的焊接生产过程中，影响焊接质量的因素相当多，例如网路电压的波动、分流、电极的磨损、以及装配质量等。

发明内容

本发明设计了一种中频焊接控制系统，其解决的技术问题在实际的生产过程中，影响焊接质量的因素相当多，例如网路电压的波动、分流、电极的磨损、以及装配质量等。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种中频焊接控制系统，其特征在于：控制柜内部设有焊接控制器（1）、1000HZ感应线圈（2）、主电源断路器（3）以及1000HZ监测器（4），焊接控制器（1）设有供焊枪焊接变压器主电源使用的焊接控制器主电源次级端（5），在控制柜柜内顶部设有接地铜牌（6）；在控制柜正面柜门上设有主电源断路器旋转手柄（8），主电源断路器旋转手柄（8）控制主电源断路器（3）；在控制柜背面上端设有焊枪水气路管及信号电缆管夹（16），在控制柜背面下端设有防护栏（17），控制柜背面下端一侧设有水路单元（18），控制柜背面下端另一侧设有气路单元（19）；在控制柜顶面设有焊枪电源电缆锁紧过线圈（10）、主电源电缆锁紧过线圈（11）、焊枪信号电缆插座（12）、水气路信号电缆插座（13）、备用锁紧过线孔（14）以及水气路锁紧过线孔（15），在控制柜顶面还连接承重吊板（9）；在控制柜底面设有控制器散热风扇（20）、操作盒通讯口（21）以及以太网通讯口（22），在控制柜底面还连接有操作盒（7）。

进一步，所述水路单元的焊钳进水宝塔头与流体分配块之间通过焊钳进水管道连接，总回水宝塔头与流体分配块之间通过总回水管道连接，焊钳回水宝塔头与流体分配块之间通过焊钳回水管道连接，总进水宝塔头与流体分配块之间通过组合阀连接，冷却水循环系统的冷却水依次通过总进水宝塔头、组合阀、流体分配块、焊钳进水管道、焊钳进水宝塔头后，将冷却水输送到焊钳对焊钳进行降温；经过焊钳后的冷却水依次通过焊钳回水宝塔头、焊钳回水管道、流体分配块、总回水管道、总回水宝塔头将冷却水输送回到冷却水循环系统中；通过流量监测计对冷却水的流量进行监测，当流量监测计测得流量低于设定值A时，控制单元会有报警提示；通过温度传感器对冷却水温度进行监测，温度传感器有两个，温度传感器A设置在总进水宝塔头中测量进入温度，温度传感器B设置在总回水宝塔头中测量离开温度，当任何一温度传感器测得温度高于设定值C时，控制单元会有报警提示；

冷却水循环系统的冷却水完成前次循环后，控制单元根据循环所需时间、流量计计算的流量、进入温度以及离开温度计算此次焊钳转移的热量T1；在进行后次循环时，控制单元根据后次的进入温度、前次循环所需时间、前次流量计计算的流量以及热量T1推算出后次循环的离开温度D，当计算所得离开温度D小于C时，冷却水循环系统无需对冷却水进行降温和也无需增加冷却水的流速；反之，当计算所得离开温度D大于C时，冷却水循环系统增加冷却水的流速提高换热效率；当冷却水的流速达到最大值时，计算所得离开温度D依然大于C，则冷却水循环系统对冷却水进行降温。

进一步，主电源电缆通过主电源电缆锁紧过线圈（11）进入控制柜，将电缆外层护套剥开4分成L1、L2、L3以及PE四股导线，四股导线分别通过环形冷压线鼻套上V型绝缘套管，将主电源电缆L1、L2、L3导线分别接到主断路器上端端子上并压紧后装好绝缘端子罩；PE导线接到柜内顶部接地铜牌（6）上。

进一步，焊枪电源电缆一端连接焊枪，焊枪电源电缆另一端通过焊枪电源电缆锁紧过线圈（10）进入控制柜，焊枪电源电缆将外层护套剥开U、V以及PE三股导线，三股导线通过针式冷压线鼻压紧并套上V型绝缘套管，将焊枪电源电缆U1、V1导线接到焊接控制器主电源次级端（5）端子-X4端的U1、V1上并压紧，焊枪电源电缆PE线接到焊接控制器主电源次级端（5）端子-X4端的PE上并压紧。

进一步，焊枪水气路管及信号电缆管夹（16）一共包括四组管夹，从控制柜背面围板左端开始的第一组小管夹，用来夹紧总进气气管；第四组小管夹用来夹紧水路单元的总进水和总回水的两根水管；从控制柜背面围板左端开始的第二组为大管夹，用来夹紧至第一焊枪和第二焊枪的两根气管，气管应从上往下接入管夹；从控制柜背面围板左端开始的第三组为大管夹，用来夹紧至第一焊枪和第二焊枪的四根水管，水管应从下往上接入管夹。

进一步，气路单元（19）包括总进气端（191）和焊枪进气端（192）、总进气端（191）与焊枪进气端（192）之间依次设有总进气球阀（193）、调压阀旋钮（194）、总进气压力表（195）以及焊枪进气压力表（196）；气体流向依次经过总进气端（191）、总进气球阀（193）、总进气压力表（195）、焊枪进气压力表（196）以及焊枪进气端（192）并最终供焊枪使用。

进一步，1000HZ监测器（4）包括电流监测器；电流互感器；电流监测器和电流互感器构成一漏电保护单元；中间继电器，其在焊枪温度发生变化时起控制通断作用；X1端子，通过这个端子将控制器上的KSR、UIR信号连接到焊枪插座；XP端子，通过这个端子引出24VDC电源； F1断路器，其用于常规24V电源通断控制、F2断路器，其用于安全24V电源通断控制； V2端子，继电器发生动作及焊枪信号变化可以通过此端子传送到外部以及V1端子，从外部通过此端子接入24V电源。

该中频焊接控制系统具有以下有益效果：

（1）本发明通过根据能量守恒原则和通过焊接控制器的分析并与样本曲线进行对比，能够有效的对焊接中生产过程中多种扰动进行补偿。

（2）本发明采用焊接控制器，连续输出电流可达660A，通过焊接变压器PSG3100，次级最大输出焊接电流可达120KA，同时，中频焊接其焊接电流调整是每秒1000次的中频来精确控制，响应速度为0.001秒，达到了毫秒级，是传统工频焊接控制精度的20倍。

（3）本发明通过监测每次冷却水转移的热量，从而推算出下次换热是否符合要求，在无法达标时才依次采用增加流速和冷却水降温的方式增加热量的转移量，从而可以节省能源，确保焊钳焊接质量。

（4）本发明依次开启增加的流速和冷却水降温的方式，前者耗费的能源较少，而后者耗费的能源较大，两者模式先后开启可以更加提高能源使用的效率。

（5）本发明中的流量计不仅仅充当传统测量万向转换集成水路模块中监测流量和压力等参数，还可以起到计算热量的工具，增加了其使用功能。

附图说明

图1：本发明中频焊接控制系统的立体结构示意图；

图2：本发明中频焊接控制系统的主视图；

图3：本发明中频焊接控制系统的内部结构示意图；

图4：本发明中频焊接控制系统的俯视图；

图5：本发明中频焊接控制系统的后视图；

图6：本发明中频焊接控制系统的仰视图。

附图标记说明：

1—焊接控制器；2—1000HZ感应线圈；3—主电源断路器；4—1000HZ监测器；5—焊接控制器主电源次级端；6—接地铜牌；7—操作盒；8—主电源断路器旋转手柄；9—承重吊板；10—焊枪电源电缆锁紧过线圈；11—主电源电缆锁紧过线圈；12—焊枪信号电缆插座；13—水气路信号电缆插座；14—备用锁紧过线孔；15—水气路锁紧过线孔；16—焊枪水气路管及信号电缆管夹；17—防护栏；18—水路单元；19—气路单元；191—总进气端；192—焊枪进气端；193—总进气球阀；194—调压阀旋钮；195—总进气压力表；196—焊枪进气压力表；20—控制器散热风扇；21—操作盒通讯口；22—以太网通讯口。

具体实施方式

下面结合图1至图6，对本发明做进一步说明：

如图1所示，一种中频焊接控制系统，控制柜内部设有焊接控制器1、1000HZ感应线圈2、主电源断路器3以及1000HZ监测器4，焊接控制器1设有供焊枪焊接变压器主电源使用的焊接控制器主电源次级端5，在控制柜柜内顶部设有接地铜牌6；在控制柜正面柜门上设有主电源断路器旋转手柄8，主电源断路器旋转手柄8控制主电源断路器3；在控制柜背面上端设有焊枪水气路管及信号电缆管夹16，在控制柜背面下端设有防护栏17，控制柜背面下端一侧设有水路单元18，控制柜背面下端另一侧设有气路单元19；在控制柜顶面设有焊枪电源电缆锁紧过线圈10、主电源电缆锁紧过线圈11、焊枪信号电缆插座12、水气路信号电缆插座13、备用锁紧过线孔14以及水气路锁紧过线孔15，在控制柜顶面还连接承重吊板9；在控制柜底面设有控制器散热风扇20、操作盒通讯口21以及以太网通讯口22，在控制柜底面还连接有操作盒7。

水路单元的焊钳进水宝塔头与流体分配块之间通过焊钳进水管道连接，总回水宝塔头与流体分配块之间通过总回水管道连接，焊钳回水宝塔头与流体分配块之间通过焊钳回水管道连接，总进水宝塔头与流体分配块之间通过组合阀连接，冷却水循环系统的冷却水依次通过总进水宝塔头、组合阀、流体分配块、焊钳进水管道、焊钳进水宝塔头后，将冷却水输送到焊钳对焊钳进行降温；经过焊钳后的冷却水依次通过焊钳回水宝塔头、焊钳回水管道、流体分配块、总回水管道、总回水宝塔头将冷却水输送回到冷却水循环系统中；通过流量监测计对冷却水的流量进行监测，当流量监测计测得流量低于设定值A时，控制单元会有报警提示；通过温度传感器对冷却水温度进行监测，温度传感器有两个，温度传感器A设置在总进水宝塔头中测量进入温度，温度传感器B设置在总回水宝塔头中测量离开温度，当任何一温度传感器测得温度高于设定值C时，控制单元会有报警提示；

冷却水循环系统的冷却水完成前次循环后，控制单元根据循环所需时间、流量计计算的流量、进入温度以及离开温度计算此次焊钳转移的热量T1；在进行后次循环时，控制单元根据后次的进入温度、前次循环所需时间、前次流量计计算的流量以及热量T1推算出后次循环的离开温度D，当计算所得离开温度D小于C时，冷却水循环系统无需对冷却水进行降温和也无需增加冷却水的流速；反之，当计算所得离开温度D大于C时，冷却水循环系统增加冷却水的流速提高换热效率；当冷却水的流速达到最大值时，计算所得离开温度D依然大于C，则冷却水循环系统对冷却水进行降温。

主电源电缆通过主电源电缆锁紧过线圈11进入控制柜，将电缆外层护套剥开4分成L1、L2、L3以及PE四股导线，四股导线分别通过环形冷压线鼻套上V型绝缘套管，将主电源电缆L1、L2、L3导线分别接到主断路器上端端子上并压紧后装好绝缘端子罩；PE导线接到柜内顶部接地铜牌6上。

焊枪电源电缆一端连接焊枪，焊枪电源电缆另一端通过焊枪电源电缆锁紧过线圈10进入控制柜，焊枪电源电缆将外层护套剥开U、V以及PE三股导线，三股导线通过针式冷压线鼻压紧并套上V型绝缘套管，将焊枪电源电缆U1、V1导线接到焊接控制器主电源次级端5端子-X4端的U1、V1上并压紧，焊枪电源电缆PE线接到焊接控制器主电源次级端5端子-X4端的PE上并压紧。

焊枪水气路管及信号电缆管夹16一共包括四组管夹，从控制柜背面围板左端开始的第一组小管夹，用来夹紧总进气气管；第四组小管夹用来夹紧水路单元的总进水和总回水的两根水管；从控制柜背面围板左端开始的第二组为大管夹，用来夹紧至第一焊枪和第二焊枪的两根气管，气管应从上往下接入管夹；从控制柜背面围板左端开始的第三组为大管夹，用来夹紧至第一焊枪和第二焊枪的四根水管，水管应从下往上接入管夹。

气路单元19包括总进气端191和焊枪进气端192、总进气端191与焊枪进气端192之间依次设有总进气球阀193、调压阀旋钮194、总进气压力表195以及焊枪进气压力表196；气体流向依次经过总进气端191、总进气球阀193、总进气压力表195、焊枪进气压力表196以及焊枪进气端192并最终供焊枪使用。

1000HZ监测器4包括电流监测器；电流互感器；电流监测器和电流互感器构成一漏电保护单元；中间继电器，其在焊枪温度发生变化时起控制通断作用；X1端子，通过这个端子将控制器上的KSR、UIR信号连接到焊枪插座；XP端子，通过这个端子引出24VDC电源； F1断路器，其用于常规24V电源通断控制、F2断路器，其用于安全24V电源通断控制； V2端子，继电器发生动作及焊枪信号变化可以通过此端子传送到外部以及V1端子，从外部通过此端子接入24V电源。

本发明中频焊接控制系统中焊接控制器焊接控制器控制方法如下：通过对合格焊点的分析，建立好样本曲线；在焊接过程中，每一毫秒都会对焊接的电流和电阻进行检测并反馈，通过焊接控制器1的分析并与样本曲线进行对比，自动对焊接电流和时间进行调整；根据能量守恒原则进行调整，当焊接时间延长被开启，焊接控制器1调节功能确保实际被焊接焊点的能量大于或等于样本焊点的能量；如果出现飞溅补偿时，在发现飞溅后，金属液体的损失将通过延长焊接时间来补偿；如果出现扰动补偿时，过程参数背离样本，引起了扰动，能被发现并通过电流和时间的改变来补偿，变化值取决于扰动的类型。

本发明通过根据能量守恒原则和通过焊接控制器的分析并与样本曲线进行对比，能够有效的对焊接中生产过程中多种扰动进行补偿。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种中频焊接控制系统，其特征在于：控制柜内部设有焊接控制器（1）、1000HZ感应线圈（2）、主电源断路器（3）以及1000HZ监测器（4），焊接控制器（1）设有供焊枪焊接变压器主电源使用的焊接控制器主电源次级端（5），在控制柜柜内顶部设有接地铜牌（6）；在控制柜正面柜门上设有主电源断路器旋转手柄（8），主电源断路器旋转手柄（8）控制主电源断路器（3）；在控制柜背面上端设有焊枪水气路管及信号电缆管夹（16），在控制柜背面下端设有防护栏（17），控制柜背面下端一侧设有水路单元（18），控制柜背面下端另一侧设有气路单元（19）；在控制柜顶面设有焊枪电源电缆锁紧过线圈（10）、主电源电缆锁紧过线圈（11）、焊枪信号电缆插座（12）、水气路信号电缆插座（13）、备用锁紧过线孔（14）以及水气路锁紧过线孔（15），在控制柜顶面还连接承重吊板（9）；在控制柜底面设有控制器散热风扇（20）、操作盒通讯口（21）以及以太网通讯口（22），在控制柜底面还连接有操作盒（7），其特征在于：所述水路单元的焊钳进水宝塔头与流体分配块之间通过焊钳进水管道连接，总回水宝塔头与流体分配块之间通过总回水管道连接，焊钳回水宝塔头与流体分配块之间通过焊钳回水管道连接，总进水宝塔头与流体分配块之间通过组合阀连接，冷却水循环系统的冷却水依次通过总进水宝塔头、组合阀、流体分配块、焊钳进水管道、焊钳进水宝塔头后，将冷却水输送到焊钳对焊钳进行降温；经过焊钳后的冷却水依次通过焊钳回水宝塔头、焊钳回水管道、流体分配块、总回水管道、总回水宝塔头将冷却水输送回到冷却水循环系统中；通过流量监测计对冷却水的流量进行监测，当流量监测计测得流量低于设定值A时，控制单元会有报警提示；通过温度传感器对冷却水温度进行监测，温度传感器有两个，温度传感器A设置在总进水宝塔头中测量进入温度，温度传感器B设置在总回水宝塔头中测量离开温度，当任何一温度传感器测得温度高于设定值C时，控制单元会有报警提示；

冷却水循环系统的冷却水完成前次循环后，控制单元根据循环所需时间、流量计计算的流量、进入温度以及离开温度计算此次焊钳转移的热量T1；在进行后次循环时，控制单元根据后次的进入温度、前次循环所需时间、前次流量计计算的流量以及热量T1推算出后次循环的离开温度D，当计算所得离开温度D小于C时，冷却水循环系统无需对冷却水进行降温和也无需增加冷却水的流速；反之，当计算所得离开温度D大于C时，冷却水循环系统增加冷却水的流速提高换热效率；当冷却水的流速达到最大值时，计算所得离开温度D依然大于C，则冷却水循环系统对冷却水进行降温。

2.根据权利要求1所述中频焊接控制系统，其特征在于：主电源电缆通过主电源电缆锁紧过线圈（11）进入控制柜，将电缆外层护套剥开4分成L1、L2、L3以及PE四股导线，四股导线分别通过环形冷压线鼻套上V型绝缘套管，将主电源电缆L1、L2、L3导线分别接到主断路器上端端子上并压紧后装好绝缘端子罩；PE导线接到柜内顶部接地铜牌（6）上。

3.根据权利要求1或2所述中频焊接控制系统，其特征在于：焊枪电源电缆一端连接焊枪，焊枪电源电缆另一端通过焊枪电源电缆锁紧过线圈（10）进入控制柜，焊枪电源电缆将外层护套剥开U、V以及PE三股导线，三股导线通过针式冷压线鼻压紧并套上V型绝缘套管，将焊枪电源电缆U1、V1导线接到焊接控制器主电源次级端（5）端子-X4端的U1、V1上并压紧，焊枪电源电缆PE线接到焊接控制器主电源次级端（5）端子-X4端的PE上并压紧。

4.根据权利要求1、2或3所述中频焊接控制系统，其特征在于：焊枪水气路管及信号电缆管夹（16）一共包括四组管夹，从控制柜背面围板左端开始的第一组小管夹，用来夹紧总进气气管；第四组小管夹用来夹紧水路单元的总进水和总回水的两根水管；从控制柜背面围板左端开始的第二组为大管夹，用来夹紧至第一焊枪和第二焊枪的两根气管，气管应从上往下接入管夹；从控制柜背面围板左端开始的第三组为大管夹，用来夹紧至第一焊枪和第二焊枪的四根水管，水管应从下往上接入管夹。

5.根据权利要求1-4中任何一项所述中频焊接控制系统，其特征在于：气路单元（19）包括总进气端（191）和焊枪进气端（192）、总进气端（191）与焊枪进气端（192）之间依次设有总进气球阀（193）、调压阀旋钮（194）、总进气压力表（195）以及焊枪进气压力表（196）；气体流向依次经过总进气端（191）、总进气球阀（193）、总进气压力表（195）、焊枪进气压力表（196）以及焊枪进气端（192）并最终供焊枪使用。

6.根据权利要求1所述中频焊接控制系统，其特征在于：1000HZ监测器（4）包括电流监测器；电流互感器；电流监测器和电流互感器构成一漏电保护单元；中间继电器，其在焊枪温度发生变化时起控制通断作用；X1端子，通过这个端子将控制器上的KSR、UIR信号连接到焊枪插座；XP端子，通过这个端子引出24VDC电源； F1断路器，其用于常规24V电源通断控制、F2断路器，其用于安全24V电源通断控制； V2端子，继电器发生动作及焊枪信号变化可以通过此端子传送到外部以及V1端子，从外部通过此端子接入24V电源。