拉弧式逆变螺柱焊的制造方法
【专利摘要】本实用新型属于焊接设备领域，具体是一种拉弧式逆变螺柱焊机。包括主电源电路和控制系统，所述主电源电路包括电流整流桥、电容滤波器、IGBT桥式开关逆变电路、逆变变压器和整流二极管，电源通过电流整流桥由交流输入转变为直流，经过电容滤波器后连接在逆变变压器的初级公共端，IGBT桥式开关逆变电路连接在初级公共端的两端；所述整流二极管连接在逆变变压器的次级端，整流二极管的正极输出端通过分流器和输出电感后连接焊接电源的正极输出，整流二极管的负极输出端通过旁路电感旁路可控硅后连接焊接电源的负极输出；所述IGBT桥式开关逆变电路连接控制系统的IGBT逆变驱动模块。特适用于铝合金的焊接，提高铝合金螺柱焊接的质量。
【专利说明】拉弧式逆变螺柱焊机
【技术领域】
[0001]本实用新型属于焊接设备领域，涉及一种螺柱焊机，具体是一种拉弧式逆变螺柱焊机。
【背景技术】
[0002]目前在国内螺柱焊机生产型企业中，大多数焊机产品多为电容储能焊机，其原理是运用电容储能、电容快速放电的工作原理，其焊接时间短，一般为2-3MS，焊接熔深较浅，焊接质量难以保证。
[0003]现有技术中也有少部分长周期拉弧式螺柱焊机，主要用于钢结构剪力栓钉的焊接，原理是采用工频变压器和可控硅控制，为高能耗的工频螺柱焊机，不能实现自动焊接。在短周期自动拉弧螺柱焊焊接技术方面，特别是在铝合金制品行业中，现有的短周期螺柱焊设备也只有储能螺柱焊能够焊接。其焊接螺柱直径偏小，焊接大直径螺柱时，焊接质量不是很稳定。
[0004]随着汽车工业的发展，汽车车身质量趋向于轻量化设计，高强度铝合金材料得到大量运用，因铝合金材料熔点低，焊接区域薄，容易焊穿，焊接变形大，迫切需要解决铝合金螺柱焊接质量问题，同时提闻生广效率等。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种可带气体保护直流多脉冲短周期的拉弧式逆变螺柱焊机，能焊接黑色金属螺柱(如碳钢)，又能焊接有色金属螺柱(铝合金/铜/不锈钢)，其特别针对铝合金焊接，具有螺柱焊接飞溅小、焊接牢固、薄板焊接背面无凸点、无气孔、焊接成型好特点。
[0006]为达到上述目的，本实用新型是通过以下的技术方案来实现的。
[0007]在原有螺柱焊设备基础上，针对铝合金焊接技术难点，研发出在带气体保护直流多脉冲短周期螺柱焊接技术。其直流脉冲电流高达1500A，脉冲频率在5KHz以内任意可调，推出自动螺柱焊机，设计一种拉弧式逆变螺柱焊机，包括主电源电路和控制系统，所述主电源电路包括电流整流桥、电容滤波器、IGBT桥式开关逆变电路、逆变变压器和整流二极管，电源通过电流整流桥由交流输入转变为直流，经过电容滤波器后连接在逆变变压器的初级公共端，IGBT桥式开关逆变电路连接在初级公共端的两端；所述整流二极管连接在逆变变压器的次级端，整流二极管的正极输出端通过分流器和输出电感后连接焊接电源的正极输出，整流二极管的负极输出端通过旁路电感旁路可控硅后连接焊接电源的负极输出；所述IGBT桥式开关逆变电路连接控制系统的IGBT逆变驱动模块。
[0008]所述控制系统包括DSP数字控制中心、控制电源模块、软启动控制模块、IGBT逆变驱动模块和人机界面窗口，所述控制电源模块、软启动控制模块和IGBT逆变驱动模块连接DSP数字控制中心，受DSP数字控制中心控制；所述控制电源模块对DSP数字控制中心、IGBT逆变驱动模块、软启动控制模块、人机界面窗口提供电源供电，并电源进行监测与保护；所述软启动控制模块连接软启动可见硅的控制端，控制软启动可见硅的通断；所述IGBT逆变驱动模块连接IGBT桥式开关逆变电路，对其进行控制；所述人机界面窗口对控制系统进行工艺参数设定和数据显示。
[0009]以上所述的拉弧式逆变螺柱焊机，进一步的，所述所述主电源电路还包括三相电源空气开关、三相进电源滤波器和三相动力接触器，所述三相电源空气开关控制整个机器电源的开关，所述三相进电源滤波器用于防止外部电源污染，所述三相动力接触器用于控制机器电源负载。
[0010]所述主电源电路还包括有软启动可见硅，串联在主电源电路的负极输入线路上，所述软启动可见硅通过软启动控制模块进行控制。
[0011]以上所述的拉弧式逆变螺柱焊机，进一步的，所述控制系统还包括保护检测电路模块，对主电源电路和控制系统的温度、电流和电压进行监测和保护。
[0012]所述控制系统还包括气体保护控制模块，为螺柱焊接区域提供惰性气体保护。所述的控制系统还包括手动焊枪模块、自动焊枪模块和送料机通讯模块，所述手动焊枪模块、自动焊枪模块和送料机通讯模块连接DSP数字控制中心，实现自动焊枪或手动焊枪及送料机与DSP数字控制中心的通信，在DSP数字控制中心的指令控制下，使焊枪、送料机与焊机协同工作。
[0013]所述控制系统还包括机器人通讯模块，实现焊接机器人与DSP数字控制中心的通
信。
[0014]其中，所述DSP数字控制中心包括DSP控制器、PWM横流控制、逻辑处理电路、电流电压反馈电路、放大电路和A/D转换电路。
[0015]本实用新型的技术方案相的有益技术效果在于:主电源焊接电流最大输出为1500Α，每个输出口可独立设定焊接工艺参数，并有防止重复焊接保护功能；可以选择实现带气体保护焊接功能，并有保护气体流量设置、检测、保护功能；采用节能的IGBT逆变技术，降低成本；螺柱焊接飞溅小、焊接牢固、薄板焊接背面无凸点、无气孔、焊接成型好特点，可以提闻招合金螺柱焊接的质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1本实用新型实施例的螺柱焊接电源控制原理框图。
[0017]图2是本实用新型实施例的螺柱焊接时序图。
[0018]图3是本实用新型实施例的DSP数字控制中心的控制软件总流程图。
[0019]图4是本图3中的程序初始化步骤的流程图。
[0020]图5是本实用新型实施例的螺柱焊接过程的流程图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图与具体实施例对本实用新型的技术方案作详细说明。
[0022]参照图1所示，本实施例为一种自动的拉弧式逆变螺柱焊机，可以用于铝合金的螺柱焊接，包括主电源电路和控制系统，主电源电路将电源转换成焊接电流输出，控制系统控制整个螺柱焊机的工作，以及外接焊接机器人或焊枪的焊接作业。
[0023]主电源电路外接AC380V电源，外接电源先通过三相电源空气开关1、三相进电源滤波器2和三相动力接触器3处理，其中三相电源空气开关控制整个螺柱焊机的电源，三相进电源滤波器可防止外部电源污染，三相动力接触器控制机器电源负载，防止电流过大，损坏焊机。
[0024]主电源电路主要包括电流整流桥4、电容滤波器5、软启动可见硅，IGBT桥式开关逆变电路7、逆变变压器9和整流二极管10，电流整流桥4将外接AC380V电源的交流输入转变成直流，经过电容滤波器后连接在逆变变压器的初级公共端，逆变变压器为高频变压器，IGBT桥式开关逆变电路连接在初级公共端的两端，IGBT桥式开关逆变电路7连接控制系统的IGBT逆变驱动模块17，通过控制IGBT桥式开关的通断，以实现逆变变压器的输入电流变化，在次级端产生感应电流，作为焊接电流输出；整流二极管连接在逆变变压器的次级端，整流二极管的正极输出端经过分流器和输出电感11后连接焊接电源的正极输出，正极输出端连接待焊接工件；整流二极管的负极输出端经过旁路电感13和旁路可控硅14后连接焊接电源的负极输出；负极输出端连接焊枪，通过螺柱端部与工件，形成焊接回路产生焊接电流。
[0025]软启动可见硅串联在主电源电路的负极输入线路上，通过软启动控制模块进行控制焊机的启动。在逆变变压器的一个初级公共端还设有初级电流检测8，对电流进行检测。
[0026]控制系统包括DSP数字控制中心19、控制电源模块20、软启动控制模块18、IGBT逆变驱动模块17、人机界面窗口 21、保护检测电路模块16、气体保护控制模块26、机器人通讯模块25、手动焊枪模块22、自动焊枪模块24和送料机通讯模块23。
[0027]DSP数字控制中心19，其核心是最新的型号为TMS320F28335的DSP数字控制器，DSP数字控制中心包括有DSP控制器、PWM横流控制、逻辑处理电路、电流电压反馈电路、放大电路和A/D转换电路。
[0028]控制电源模块20对控制系统、IGBT逆变驱动模块、软启动控制模块、人机界面窗口(如液晶显示器)提供电源供电，并对驱动电源、提枪电源、接触电源进行监测与保护。
[0029]软启动控制模块18和IGBT逆变驱动模块17连接DSP数字控制中心，受DSP数字控制中心控制，软启动控制模块控制焊机的启动，IGBT逆变驱动模块用于驱动IGBT桥式开关的通断。
[0030]人机界面窗口 21对控制系统进行螺柱焊接工艺参数设定和数据显示，如电流大小、电流时间、弧压判断、顶锻电流大小、顶锻电流时间、提前落枪时间、提枪高度、落枪速度，保护气体提前供气时间以及保护气体延时保护时间等焊接工艺参数传输给DSP数字控制中心。
[0031 ] 送料机通讯模块23连接DSP数字控制中心，通过光纤通信与自动送料机进行交换数据，完成螺柱自动装钉功能。机器人通讯模块25采用Devicenet协议与焊接机器人通讯。
[0032]手动焊枪模块22主要进行人工手动焊接任务。自动焊枪模块24可以将焊接允许条件(如接触信号、垂直信号、焊接开始信号)通过传输给DSP数字控制中心，DSP数字控制中心发出允许焊接能量输出，完成焊接任务。
[0033]保护检测电路模块16对三相交流输入电压进行过压、欠压、输入电流过流、机箱环境温度高、功率器件过温、IGBT过流，逆变变压器和次级的整流二极管过温、次级开路或短路等进行监测和保护，具体分布在各个控制单元。
[0034]保护气体控制模块26为螺柱焊接区域提供惰性气体保护，可以开启或关闭使用惰性气体保护。
[0035]参照图2所示，为本实施例的螺柱焊接时序图。
[0036]参照图3、图4所示，为本实施例的DSP数字控制中心的控制软件对焊机进行控制的流程。
[0037]参照图5所示，为本实施例的拉弧式逆变螺柱焊机的焊接过程流程图。
[0038]本实施例的螺柱烤电机为带气体保护直流多脉冲短周期螺柱焊焊机，其直流脉冲电流高达1500A，脉冲频率在5KHz以内任意可调；与手动焊枪连接时构成手动螺柱焊接；与自动送料机、半自动焊枪实现半自动螺柱焊接；还能与自动送料机、自动焊枪、机器人组成自动螺柱焊接系统。
[0039]螺柱焊机可设置多个焊枪接口，可以一台螺柱焊机带多把焊枪同时工作；每个输出接口均可实现恒流输出或者脉冲直流输出；每个输出端口均可实现带气体保护焊接功能；有保护气体流量设置、检测、保护功能；也可实现不带气保护焊接功能；自动焊枪采用直线电机提升、光栅反馈提升高度，提升距离范围0.5MM?3.0ΜΜ，可根据焊接工艺要求任意设定。
[0040]以上实施例为本实用新型的优选实施例，本实用新型不限于上述实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不背离本实用新型技术原理的基础上所做的任何显而易见的改动，都属于本实用新型的构思和所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种拉弧式逆变螺柱焊机，包括主电源电路和控制系统，其特征在于，所述主电源电路包括电流整流桥、电容滤波器、IGBT桥式开关逆变电路、逆变变压器和整流二极管，电源通过电流整流桥由交流输入转变为直流，经过电容滤波器后连接在逆变变压器的初级公共端，IGBT桥式开关逆变电路连接在初级公共端的两端；所述整流二极管连接在逆变变压器的次级端，整流二极管的正极输出端通过分流器和输出电感后连接焊接电源的正极输出，整流二极管的负极输出端通过旁路电感旁路可控硅后连接焊接电源的负极输出；所述IGBT桥式开关逆变电路连接控制系统的IGBT逆变驱动模块。
2.根据权利要求1所述的拉弧式逆变螺柱焊机，其特征在于:所述主电源电路还包括三相电源空气开关、三相进电源滤波器和三相动力接触器，所述三相电源空气开关控制整个机器电源的开关，所述三相进电源滤波器用于防止外部电源污染，所述三相动力接触器用于控制机器电源负载。
3.根据权利要求1所述的拉弧式逆变螺柱焊机，其特征在于:所述主电源电路还包括有软启动可见硅，串联在主电源电路的负极输入线路上，所述软启动可见硅通过软启动控制模块进行控制。
4.根据权利要求1所述的拉弧式逆变螺柱焊机，其特征在于:所述控制系统包括DSP数字控制中心、控制电源模块、软启动控制模块、IGBT逆变驱动模块和人机界面窗口，所述控制电源模块、软启动控制模块和IGBT逆变驱动模块连接DSP数字控制中心，受DSP数字控制中心控制；所述控制电源模块对DSP数字控制中心、IGBT驱动模块、软启动保护模块、人机界面窗口提供电源供电，并电源进行监测与保护；所述软启动控制模块连接软启动可见硅的控制端，控制软启动可见硅的通断；所述IGBT逆变驱动模块连接IGBT桥式开关逆变电路，对其进行控制；所述人机界面窗口对控制系统进行工艺参数设定和数据显示。
5.根据权利要求4所述的拉弧式逆变螺柱焊机，其特征在于:所述控制系统还包括保护检测电路模块，对主电源电路和控制系统的温度、电流和电压进行监测和保护。
6.根据权利要求4所述的拉弧式逆变螺柱焊机，其特征在于:所述控制系统还包括气体保护控制模块，为螺柱焊接区域提供惰性气体保护。
7.根据权利要求4所述的拉弧式逆变螺柱焊机，其特征在于:所述控制系统还包括手动焊枪模块、自动焊枪模块和送料机通讯模块，所述手动焊枪模块、自动焊枪模块和送料机通讯模块连接DSP数字控制中心，实现自动焊枪或手动焊枪及送料机与DSP数字控制中心的通信，在DSP数字控制中心的指令控制下，使焊枪、送料机与焊机协同工作。
8.根据权利要求4所述的拉弧式逆变螺柱焊机，其特征在于:所述控制系统还包括机器人通讯模块，实现焊接机器人与DSP数字控制中心的通信。
9.根据权利要求4至8任意一项所述的拉弧式逆变螺柱焊机，其特征在于:所述DSP数字控制中心包括DSP控制器、PWM横流控制、逻辑处理电路，电流电压反馈电路、放大电路和A/D转换电路。
【文档编号】B23K9/20GK203621708SQ201320774431
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】龙立新 申请人:深圳市鸿栢科技实业有限公司