新型焊接应力消除的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型焊接应力消除机，包括电源模块，电源模块分别与超声控制模块和超声冲击模块相连接；超声冲击模块包括与匹配网络电路相连接的超声换能器，超声换能器与超声变幅杆相连接；超声变幅杆和超声工具头相连接。本实用新型通过采用锁相频率跟踪技术实现信号源全桥逆变器的频率自适应跟踪，且跟踪效果优于传统方法，从而使得超声波应力消除机有效避免了信号源和超声换能器因失谐而无法持续工作的问题。
【专利说明】新型焊接应力消除机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种金属焊接应力消除机，尤其涉及一种新型焊接应力消除机，属于超声波焊接应力消除【技术领域】。
【背景技术】
[0002]金属焊接过程中，由于不均匀温度场的存在，导致焊件不均匀膨胀与收缩，从而是的焊件内部产生焊接变形并产生焊接应力，从而直接影响金属构件的承载能力、降低焊接接头及整个金属构件的疲劳强度。在遇到外力时，将会产生疲劳断裂或脆性断裂而引发事故。为提高构件的安全性和使用寿命，必须有效消除或减小构件的焊接残余应力。
[0003]目前消除应力的方法主要有热时效法、自然时效法、振动时效法、锤击法、超声波冲击法、激光冲击法等。其中超声波冲击是一种理想的新型焊接应力消除法，我国对超声波冲击技术的研究还处于起步阶段。而超声波设备在大功率工作时负载的变化和超声换能器的温升和疲劳都会造成超声换能器的固有谐振频率发生飘移，导致信号源和超声换能器失谐而不能工作。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种消除超声波设备因信号源和超声换能器失谐而无法持续工作的技术难题的新型焊接应力消除机。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是:
[0006]一种新型焊接应力消除机，包括电源模块、超声控制模块和超声冲击模块，所述电源模块分别与所述超声控制模块和所述超声冲击模块相连接；
[0007]电源模块包括整流滤波电路，整流滤波电路与直流斩波电路相连接；直流斩波电路与全桥逆变器电路相连接；全桥逆变器电路与高频变压器电路相连接；高频变压器电路与匹配网络电路相连接；
[0008]超声控制模块包括与匹配网络电路相连接的采样调理电路；采样调理电路与实现频率跟踪控制、振幅恒定控制以及参数显示控制的嵌入式处理器电路相连接；嵌入式处理器电路分别与直流斩波驱动电路、全桥逆变驱动电路和参数显示电路相连接；直流斩波驱动电路与直流斩波驱动信号电路相连接；直流斩波驱动信号电路与直流斩波电路相连接；全桥逆变驱动电路与全桥逆变驱动信号电路相连接；全桥逆变驱动信号电路与全桥逆变器电路相连接；
[0009]超声冲击模块包括与匹配网络电路相连接的超声换能器，超声换能器与超声变幅杆相连接；超声变幅杆和超声工具头相连接。
[0010]采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果为:
[0011]本实用新型通过采用锁相频率跟踪技术实现信号源全桥逆变器的频率自适应跟踪，且跟踪效果优于传统方法，从而使得超声波应力消除机有效避免了信号源和超声换能器因失谐而无法持续工作的问题。【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型实施例的系统总体结构框图；
[0013]图2为本实用新型实施例电源模块结构框图；
[0014]图3为本实用新型实施例超声控制模块结构框图；
[0015]图4为本实用新型实施例超声冲击模块结构框图。
[0016]其中:1、电源模块2、超声控制模块
[0017]3、超声冲击模块201、整流滤波电路
[0018]202、直流斩波电路203、全桥逆变器电路
[0019]204、高频变压器电路205、匹配网络电路
[0020]301、采样调理电路302、嵌入式处理器电路
[0021]303、直流斩波驱动电路304、桥逆变驱动电路
[0022]305、直流斩波驱动信号电路 306、全桥逆变驱动信号电路
[0023]307、参数显示电路401、超声换能器
[0024]402、超声变幅杆403、超声工具头。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0026]如图1-4所示，一种新型焊接应力消除机，包括，包括电源模块1，电源模块I分别与超声控制模块2和超声冲击模块3相连接，
[0027]电源模块I包括整流滤波电路201，整流滤波电路201与直流斩波电路202相连接；直流斩波电路202与全桥逆变器电路203相连接；全桥逆变器电路203与高频变压器电路204相连接；高频变压器电路204与匹配网络电路205相连接；
[0028]超声控制模块2包括与匹配网络电路205相连接的采样调理电路301 ;采样调理电路301与实现频率跟踪控制、振幅恒定控制以及参数显示控制的嵌入式处理器电路302相连接；嵌入式处理器电路302分别与直流斩波驱动电路303、全桥逆变驱动电路304和参数显示电路307相连接；直流斩波驱动电路303与直流斩波驱动信号电路305相连接；直流斩波驱动信号电路305与直流斩波电路202相连接；全桥逆变驱动电路304与全桥逆变驱动信号电路306相连接；全桥逆变驱动信号电路306与全桥逆变器电路203相连接；
[0029]超声冲击模块3包括与匹配网络电路205相连接的超声换能器401，超声换能器401与超声变幅杆402相连接；超声变幅杆402和超声工具头403相连接。
[0030]本实用新型的工作原理是通过采用锁相频率跟踪技术实现超声信号源与超声冲击端的谐振，保证超声冲击端的持续工作。具体描述如下:系统工作时首先设定负载端(超声冲击模块3)换能器401中心频率，再启动扫频程序在正负300Hz内扫描。若系统谐振，则负载端电压、电流相位相同，锁定该工作频率；若系统失谐，则电压、电流就存在电压差，通过锁相环技术将相位差变换成跟踪误差电压，利用直接频率合成技术改变信号源的输出信号频率，使系统向相位差减小 的方向调节，达到谐振状态，使系统输出最大机械功。
[0031]本实用新型通过采集瞬时负载端电压、电流相位实现锁相频率跟踪，进而实现信号源全桥逆变器的频率自适应跟踪，且跟踪效果好于传统方法，从而使得超声波应力消除机有效避免了信号源和超声换能器因失谐而无法持续工作的问题。
[0032]如附图1所示，本实用新型一种新型焊接应力消除机包括电源模块1、超声控制模块2、超声冲击模块3。其中电源模块I主要实现将市电从50Hz变成IO-1OOkHz,使其处于超声波频域段，作为超声冲击模块3的信号源；超声控制模块2作为主控模块，跟踪超声冲击模块3谐振频率的变化并反馈控制电源路模块I的输出信号频率，实现超声波信号源频率的自适应跟踪；超声冲击模块3用于冲击焊接部位。
[0033]如附图2所示，电源模块I主要包括整流滤波电路201、直流斩波电路202、全桥逆变器电路203、高频变压器电路204、匹配网络电路205等，并按整流滤波电路201、直流斩波电路202、全桥逆变器电路203、高频变压器电路204、匹配网络电路205顺序串联连接。其中，整流滤波电路201将市电转换为额定功率的直流电压电流，并加到直流斩波电路202上，直流斩波电路202调整输出直流电压大小，施加在全桥逆变器电路203直流输入侧，实现功率控制；同时，为了跟踪谐振频率和实现功率控制，直流斩波电路202还需要根据附图3中直流斩波驱动电路303馈送的参数，稳定输出功率；全桥逆变器电路203还需根据附图3中全桥逆变驱动电路304馈送的参数，跟踪超声冲击电路3模块谐振频率的变化；全桥逆变器电路203依据跟踪频率，将直流斩波电路202送来的直流电压转换为高频方波交流电，并施加至高频变压器电路204输入端；高频变压器电路204将全桥逆变器电路203送来的高频方波交流电变至所需的工作电压，再馈送给过匹配网络电路205 ;匹配网络电路205根据高频变压器204送来的工作电压进行调谐、滤波处理形成超声冲击模块3所需的高频交流电，作为超声冲击模块3的信号源。
[0034]如附图3所示，超声控制模块2主要包括采样调理电路301、嵌入式处理器电路302即DSP电路模块、直流斩波驱动电路303、全桥逆变驱动电路304、参数显示电路307等。由于超声信号源属于大电流大电压设备，不能直接进行反馈，因此要通过采样调理电路301进行取样并调理，采样调理电路301实时采集瞬时电源模块I输出电压、电流幅值和两者的相位差并馈送给嵌入式处理器电路302 ;嵌入式处理器电路302为超声控制模块2的核心部件，根据采样调理电路301采集的信号，利用频率跟踪控制算法获得频率跟踪控制参数，并馈送给全桥逆变驱动电路304 ;嵌入式处理器电路302根据采样调理电路301采集的信号，利用振幅恒定控制算法计算控制量，再馈送给直流斩波驱动电路303 ;嵌入式处理器电路302将显示参数，例如当前电源模块I输送的信号源频率、功率等送给参数显示电路307;直流斩波驱动电路303接收嵌入式处理器电路302送来的振幅恒定控制参数，再馈送至直流斩波电路202 ;全桥逆变驱动电路304接收嵌入式处理器电路302送来的频率跟踪控制参数，再馈送至全桥逆变器电路203 ;参数显示电路307接收嵌入式处理器电路302发送的显示参数并显示。
[0035]如附图4所示，超声冲击模块3，主要包括超声换能器401、超声变幅杆402和超声工具头403等，并按超声换能器401、超声变幅杆402、超声工具头403顺序串联连接。其中超声换能器401根据电源模块I输出的超声信号源将电能转为机械能，并送至超声变幅杆402 ;超声变幅杆402放大机械振幅，并驱动超声工具头403 ;超声工具头403振动冲击，此外，由于焊接区域形状各异，超声工具头403可根据需要采用不同的形式如鸭嘴式、点式等。
[0036]本实用新型不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种新型焊接应力消除机，包括电源模块、超声控制模块和超声冲击模块，所述电源模块分别与所述超声控制模块和所述超声冲击模块相连接，其特征在于: 电源模块包括整流滤波电路，整流滤波电路与直流斩波电路相连接；直流斩波电路与全桥逆变器电路相连接；全桥逆变器电路与高频变压器电路相连接；高频变压器电路与匹配网络电路相连接； 超声控制模块包括与匹配网络电路相连接的采样调理电路；采样调理电路与实现频率跟踪控制、振幅恒定控制以及参数显示控制的嵌入式处理器电路相连接；嵌入式处理器电路分别与直流斩波驱动电路、全桥逆变驱动电路和参数显示电路相连接；直流斩波驱动电路与直流斩波驱动信号电路相连接；直流斩波驱动信号电路与直流斩波电路相连接；全桥逆变驱动电路与全桥逆变驱动信号电路相连接；全桥逆变驱动信号电路与全桥逆变器电路相连接； 超声冲击模块包括与匹配网络电路相连接的超声换能器，超声换能器与超声变幅杆相连接；超声变幅杆和超声工具头相连接。
【文档编号】C21D10/00GK203741382SQ201420151822
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】冯友兵, 许琳莉, 王建华 申请人:冯友兵