鋁合金板材特殊電阻焊接工藝及焊接設(shè)備的制作方法
【專利摘要】鋁合金板材特殊電阻焊接工藝及焊接設(shè)備，屬于焊接的【技術(shù)領(lǐng)域】，針對鋁合金特殊的焊接工藝及材料焊接特性，為得到更好的焊接強(qiáng)度及焊點(diǎn)表面成型效果，研制開發(fā)專用于鋁合金焊接設(shè)備。焊接時(shí)，通過大電流對鋁合金焊點(diǎn)進(jìn)行加熱，此時(shí)隨焊點(diǎn)溫度升高，焊接焊點(diǎn)熱膨脹作用力作用到焊機(jī)加壓機(jī)構(gòu)主軸上。此時(shí)通過壓力傳感器檢測到鋁合金熱膨脹反作用力，焊接控制系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)檢測動(dòng)態(tài)電阻及壓力傳感器反饋焊接壓力，焊接控制系統(tǒng)在焊接過程中的每一個(gè)毫秒內(nèi)都能對焊接電流、焊接時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，達(dá)到比較理想的焊接效果。鋁合金板材特殊電阻焊接設(shè)備，包括有機(jī)體、焊接變壓器、上電極組件、下電極組件，伺服加壓系統(tǒng)、水冷組件、電控系統(tǒng)等。
【專利說明】鋁合金板材特殊電阻焊接工藝及焊接設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊接的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種鋁合金板材的焊接工藝及焊接設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]用于金屬點(diǎn)焊的傳統(tǒng)的電阻焊機(jī)，為了獲得良好的熔核，一般采用檢測焊接點(diǎn)的動(dòng)態(tài)電阻的變化量并反饋到控制系統(tǒng)，進(jìn)而調(diào)整焊接電流的大小和時(shí)間。但由于鋁合金電阻率低，焊接點(diǎn)的動(dòng)態(tài)電阻的變化量很小，采用傳統(tǒng)的檢測焊接點(diǎn)的動(dòng)態(tài)電阻的變化量作為反饋量的控制方法很難達(dá)到良好的焊接效果；同時(shí)，由于鋁合金的導(dǎo)熱、導(dǎo)電率高，特別是相鄰焊點(diǎn)的間距較小的情況下在焊接時(shí)需要極大的焊接電流且焊接時(shí)間要短，避免分流、散熱過多。一般傳統(tǒng)電阻焊機(jī)的控制方法無法滿足焊接或滿足不了焊接質(zhì)量及表面成型要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對鋁合金特殊的焊接工藝，根據(jù)鋁合金材料焊接特性，為得到更好的焊接強(qiáng)度及焊點(diǎn)表面成型效果，研制開發(fā)專用于鋁合金焊接設(shè)備。
[0004]利用電阻焊機(jī)對鋁合金板材進(jìn)行焊接，通過壓力傳感器檢測鋁合金板材在焊接時(shí)產(chǎn)生的熱膨脹作用力，然后將壓力傳感器檢測到的力反饋到控制系統(tǒng)，然后控制系統(tǒng)根據(jù)力的反饋進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整焊接電流、焊接時(shí)間。由于各個(gè)檢測信號(hào)及反饋信號(hào)都在千分之一秒鐘(毫秒級(jí))內(nèi)完成，焊機(jī)控制系統(tǒng)在2毫秒內(nèi)完成焊接電流及時(shí)間的自動(dòng)調(diào)整，從而達(dá)到良好焊接效果。
[0005]鋁合金焊接設(shè)備焊接電源采用中頻逆變電源，頻率為1000Hz，焊接時(shí)間為毫秒級(jí)，焊接輸出電流為直流，其功率因數(shù)可以達(dá)到99%。在焊機(jī)電極伺服加壓機(jī)構(gòu)上安裝高精度壓力傳感器，壓力控制精度在±20N。
[0006]鋁合金焊接工藝與其它材料不同，關(guān)鍵在于主焊接前需要增加一個(gè)預(yù)熱處理，采用較小的電流對焊接工件進(jìn)行預(yù)熱，在此過程中檢測到其它影響焊接因素，通過控制系統(tǒng)進(jìn)行對預(yù)熱時(shí)間的長短進(jìn)行調(diào)整。在主焊接之前，焊接控制系統(tǒng)對預(yù)熱處理后鋁合金電阻值與正常電阻值進(jìn)行對比檢測，通過設(shè)定起始條件，可減少焊接過程的變化量。
[0007]主焊接時(shí)，通過大電流對鋁合金焊點(diǎn)進(jìn)行加熱，此時(shí)隨著焊點(diǎn)溫度升高，焊接點(diǎn)熱膨脹作用力作用到焊機(jī)加壓機(jī)構(gòu)主軸上。此時(shí)通過壓力傳感器檢測到鋁合金熱膨脹反作用力，焊接控制系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)檢測動(dòng)態(tài)電阻及壓力傳感器反饋焊接壓力，焊接控制系統(tǒng)在主焊接過程中的每一個(gè)毫秒內(nèi)都能對焊接電流、焊接時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，達(dá)到比較理想的焊接效果。
[0008]焊接過程一般都在300毫秒(0.3秒鐘)內(nèi)完成，各個(gè)檢測都是千分之一秒(I毫秒)內(nèi)完成。
[0009]工藝流程簡述:
人工手動(dòng)定位工件或機(jī)械手抓取工件到鋁合金專用焊接設(shè)備，腳踏焊接按鈕啟動(dòng)開關(guān)或程序自動(dòng)啟動(dòng)焊接程序。焊機(jī)加壓機(jī)構(gòu)得到信號(hào)下壓，預(yù)壓一定時(shí)間后，焊接控制系統(tǒng)對待焊鋁合金板材先進(jìn)行一個(gè)小電流預(yù)熱，進(jìn)行電阻檢測，預(yù)熱時(shí)間完成后，焊接控制系統(tǒng)開始大電流放電進(jìn)行焊接，在焊接過程中需要對焊接動(dòng)態(tài)電阻及焊接壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并將檢測結(jié)果反饋到焊接控制系統(tǒng)，焊接控制系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)反饋結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整焊接電流、焊接時(shí)間，直至焊接完成。焊接完成后電極伺服加壓機(jī)構(gòu)繼續(xù)對焊點(diǎn)施壓，直至焊點(diǎn)熔核形成然后加壓機(jī)構(gòu)復(fù)位，一個(gè)焊點(diǎn)焊接完成。
[0010]鋁合金板材特殊電阻焊接設(shè)備，包括有機(jī)體、焊接變壓器、上電極組件、下電極組件，伺服加壓系統(tǒng)、水冷組件、電控系統(tǒng)等。
[0011]焊機(jī)機(jī)體主要承載所有零部件支承，由低碳鋼板焊接而成，機(jī)體焊接完成后還要進(jìn)行機(jī)體整體退火處理，消除焊接應(yīng)力。
[0012]焊接變壓器采用硅鋼片、整流二極管組裝而成，變壓器具有功率因數(shù)高，功率因數(shù)可達(dá)99 %，焊接規(guī)范條件范圍大，體積小。
[0013]控制器對焊接時(shí)間控制精度為I毫秒，毫秒級(jí)的控制精度，大大提高焊接質(zhì)量?？刂破骺梢詫?shí)現(xiàn)預(yù)熱、上坡、焊接、下坡、后熱等五段加熱過程，且每個(gè)焊點(diǎn)的焊接時(shí)間，焊接電流，焊接電極壓力，焊接參數(shù)修改時(shí)間及其焊接出錯(cuò)記錄。
[0014]伺服加壓系統(tǒng)采用伺服缸，內(nèi)部安裝高精度壓力傳感器，通過閉環(huán)可以實(shí)時(shí)檢測加壓力并進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。
[0015]伺服加壓系統(tǒng)安裝在焊機(jī)機(jī)體中心上部，主要作用是對待焊工件進(jìn)行施壓焊接。
[0016]水冷組件主要對焊接變壓器、控制器及上下電極的冷卻，電極的冷卻可以提高使用壽命。電控系統(tǒng)通過PLC對整個(gè)焊機(jī)的各個(gè)動(dòng)作及防護(hù)進(jìn)行控制，通過人機(jī)界面可以實(shí)現(xiàn)焊接規(guī)范的編程。
[0017]鋁合金板材焊接設(shè)備伺服加壓系統(tǒng)安裝方式:伺服加壓系統(tǒng)安裝在焊機(jī)機(jī)體中心上部，伺服加壓系統(tǒng)由伺服電機(jī)、過渡接頭、伺服電機(jī)安裝板、接頭、安裝蓋板、壓力傳感器、直線導(dǎo)軌組件、導(dǎo)向主軸、安裝座及連接板組成。伺服加壓系統(tǒng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用直線導(dǎo)軌，安裝方式:安裝座上對稱安裝兩個(gè)直線導(dǎo)軌，每個(gè)直線導(dǎo)軌上安裝兩個(gè)兩個(gè)滑塊。直線導(dǎo)軌的滑塊與導(dǎo)向主軸連接，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向主軸上下運(yùn)行導(dǎo)向，伺服電機(jī)與伺服電機(jī)安裝板連接，伺服電機(jī)安裝板裝配在安裝板上，伺服電機(jī)軸頭通過過渡接頭與接頭連接，利用接頭與導(dǎo)向主軸連接，在導(dǎo)向主軸內(nèi)安裝壓力傳感器。
[0018]當(dāng)伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)主軸通過行星絲桿帶動(dòng)導(dǎo)向主軸上下運(yùn)行，同時(shí)直線導(dǎo)軌上滑塊一起與導(dǎo)向主軸運(yùn)行。在焊接工件時(shí)通過伺服電機(jī)主軸壓緊壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)焊接時(shí)的壓力反饋。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為焊接后的工件；
圖2為經(jīng)拉力機(jī)破壞檢測后的工件；
圖3鋁合金板材中頻逆變焊接設(shè)備，包括圖3-1至3-3共三幅，其中圖3-1為主視圖，圖3_2為左視圖，圖3_3為俯視圖，序號(hào)如下:
1、伺服加壓組件，2、次級(jí)導(dǎo)電軟銅帶，3、上電極組件，4、下電極組件，5、機(jī)體，6、腳踏開關(guān)，7、中頻逆變變壓器，8、焊接控制系統(tǒng)，9、壓力傳感器，10、電極機(jī)構(gòu)導(dǎo)向組件，11、水冷組件；
圖4電極伺服加壓機(jī)構(gòu)，包括圖4-1至4-5共五幅，其中4-1為主視圖，圖4-2為左視圖，圖4_3為仰視圖，圖4_4為圖4-1B-B首I]視圖，圖4_5為圖4-4C-C首I]視圖，序號(hào)如下:21、伺服電機(jī)，22、過渡接頭，23、伺服電機(jī)安裝板，24、接頭，25、安裝蓋板，26、壓力傳感器，27、直線導(dǎo)軌組件，28、導(dǎo)向主軸，29、安裝座，30、連接板；
圖5為壓力檢測自適應(yīng)曲線圖；
①為參考?jí)毫η€；
②為實(shí)際測量的壓力曲線；
③為實(shí)際測量曲線和參考曲線存在差異；
最終結(jié)論:控制系統(tǒng)降低電流、延長焊接時(shí)間；
圖6為焊接工藝自動(dòng)調(diào)節(jié)響應(yīng)圖；
④實(shí)際焊接電流曲線:
⑤實(shí)際焊接時(shí)間曲線；
最終結(jié)論:焊接時(shí)間自動(dòng)延長，焊接電流自動(dòng)增加。

【具體實(shí)施方式】
[0020]根據(jù)鋁合金焊接特性及工藝要求，設(shè)計(jì)、制作專用于鋁合金中頻逆變焊接設(shè)備。焊機(jī)的結(jié)構(gòu)與低碳鋼焊接設(shè)備基本相同，不同點(diǎn)在于增加實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電阻的檢測及焊接時(shí)熱膨脹產(chǎn)生反作用力的壓力傳感器及高智能化控制系統(tǒng)。
[0021]鋁合金板材采用汽車行業(yè)特殊材料，材料為AA5000-S，板厚分別為:3mm、2.5mm、2mm、1.5mm及1mm。板材在2mm以上的焊點(diǎn)大小為10mm,上下電極采用大直徑球面電極,球面半徑SR200。
[0022]焊接工藝:焊接以3mm+3mm的鋁合金板材為例，增加一段預(yù)熱，預(yù)熱電流設(shè)定為10000安培，時(shí)間為100毫秒。焊接時(shí)電流48000安培，壓力為40000N，焊接時(shí)間為160毫秒。由于鋁合金的熱膨脹系數(shù)較高，在焊接時(shí)肉眼直接可以觀察到因熱膨脹引起上電極上升，此時(shí)通過焊接時(shí)壓力反饋及實(shí)時(shí)檢測待焊工件的動(dòng)態(tài)電阻，焊接控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整焊接電流及焊接時(shí)間，見圖6曲線表，鋁合金焊接后工件見圖1。
[0023]以上參數(shù)是多次焊接取得的最理想數(shù)值，上述參數(shù)焊接完成后，利用50000N拉力機(jī)進(jìn)行焊點(diǎn)撕裂檢測(達(dá)到撕裂效果，焊點(diǎn)不脫落，木材撕裂)，撕裂效果見圖2。
[0024]然后對其它不同厚度工件進(jìn)行焊接，無論焊接外觀及焊接質(zhì)量均比較美觀。和傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，降低了生產(chǎn)成本，增強(qiáng)工件的生產(chǎn)性，改善連焊接接質(zhì)量，改善了工藝安全性。
[0025]鋁合金板材特殊電阻焊接設(shè)備，包括有機(jī)體5、焊接變壓器7、上電極組件3、下電極組件4，伺服加壓系統(tǒng)1、水冷組件11、電控系統(tǒng)8。
[0026]伺服加壓系統(tǒng)安裝在焊機(jī)機(jī)體中心上部，主要作用是對待焊工件進(jìn)行施壓焊接。
[0027]伺服加壓系統(tǒng)采用伺服缸，內(nèi)部安裝高精度壓力傳感器，通過閉環(huán)可以實(shí)時(shí)檢測加壓力并進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。
[0028]鋁合金板材焊接設(shè)備伺服加壓系統(tǒng)安裝方式:伺服加壓系統(tǒng)安裝在焊機(jī)機(jī)體中心上部，伺服加壓系統(tǒng)由伺服電機(jī)21、過渡接頭22、伺服電機(jī)安裝板、接頭24、安裝蓋板25、壓力傳感器26、直線導(dǎo)軌27組件、導(dǎo)向主軸28、安裝座29及連接板30組成。伺服加壓系統(tǒng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用直線導(dǎo)軌27，具有防轉(zhuǎn)作用。安裝方式:安裝座29上對稱安裝兩個(gè)直線導(dǎo)軌27，每個(gè)直線導(dǎo)軌27上安裝兩個(gè)兩個(gè)滑塊。直線導(dǎo)軌27的滑塊與導(dǎo)向主軸28連接，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向主軸上下運(yùn)行導(dǎo)向，同時(shí)具有防轉(zhuǎn)作用，若導(dǎo)向部分不增加防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，焊接工件時(shí)電極會(huì)旋轉(zhuǎn)，無法滿足焊接要求。伺服電機(jī)21與伺服電機(jī)安裝板23連接，伺服電機(jī)安裝板23裝配在安裝板30上，伺服電機(jī)軸頭通過過渡接頭22與接頭24連接，然后利用接頭24與導(dǎo)向主軸28連接，在導(dǎo)向主軸28內(nèi)安裝壓力傳感器26。
[0029]當(dāng)伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)主軸通過行星絲桿帶動(dòng)導(dǎo)向主軸上下運(yùn)行，同時(shí)直線導(dǎo)軌上滑塊一起與導(dǎo)向主軸運(yùn)行。在焊接工件時(shí)通過伺服電機(jī)主軸壓緊壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)焊接時(shí)的壓力反饋。
[0030]焊機(jī)電極位置的位移量通過伺服系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)較高的精度，可以實(shí)現(xiàn)額定推力內(nèi)壓力大小的調(diào)整，壓力大小的可以通過調(diào)整伺服機(jī)構(gòu)的電壓進(jìn)行，其壓力控制精度可以達(dá)到5 %以內(nèi)。另外通過壓力傳感器行成閉環(huán)控制系統(tǒng)，壓力控制精度可以達(dá)到I %，可以完全滿足焊接的使用要求。根據(jù)焊接工件特點(diǎn)可以滿足焊接時(shí)的動(dòng)態(tài)要求，當(dāng)上下電極修磨后高度降低，通過控制系統(tǒng)設(shè)定可以自動(dòng)補(bǔ)償兩者的修磨量。
【權(quán)利要求】
1.一種鋁合金板材特殊電阻焊接工藝，其特征是焊接前需要增加一個(gè)預(yù)熱處理，采用較小的電流對焊接工件進(jìn)行預(yù)熱，在此過程中檢測到其它影響焊接因素，通過控制系統(tǒng)進(jìn)行對預(yù)熱時(shí)間的長短進(jìn)行調(diào)整，在主焊接之前，焊接控制系統(tǒng)對預(yù)熱處理后鋁合金電阻值與正常電阻值進(jìn)行對比檢測； 主焊接時(shí)，通過大電流對鋁合金焊點(diǎn)進(jìn)行加熱，此時(shí)隨著焊點(diǎn)溫度升高，焊接焊點(diǎn)熱膨脹作用力作用到焊機(jī)加壓機(jī)構(gòu)主軸上，此時(shí)通過壓力傳感器檢測到鋁合金熱膨脹反作用力，焊接控制系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)檢測動(dòng)態(tài)電阻及壓力傳感器反饋焊接壓力，焊接控制系統(tǒng)在焊接過程中的每一個(gè)毫秒內(nèi)都能對焊接電流、焊接時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金板材特殊電阻焊接工藝，其特征是焊接過程在300毫秒(0.3秒鐘)內(nèi)完成，各個(gè)檢測都是千分之一秒(I毫秒)內(nèi)完成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金板材特殊電阻焊接工藝，其特征是鋁合金板材，材料為AA5000-S,板厚分別為:3mm、2.5mm、2mm、l.5mm及1mm,板材在2mm以上的焊點(diǎn)大小為1mm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的招合金板材特殊電阻焊接工藝，其特征是:焊接以3_+3_的鋁合金板材，預(yù)熱電流設(shè)定為10000安培，時(shí)間為100毫秒，焊接時(shí)電流48000安培，壓力為40000N，焊接時(shí)間為160毫秒。
5.一種鋁合金板材特殊電阻焊接設(shè)備，包括有機(jī)體(5)、焊接變壓器(7)、上電極組件(3)、下電極組件(4)、水冷組件(11)、電控系統(tǒng)(8)，其特征是還包括有伺服加壓系統(tǒng)(1)，伺服加壓系統(tǒng)(I)安裝在焊機(jī)機(jī)體中心上部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋁合金板材特殊電阻焊接設(shè)備，其特征是伺服加壓系統(tǒng)由伺服電機(jī)(21)、過渡接頭(22)、伺服電機(jī)安裝板(23)、接頭(24)、安裝蓋板(25)、壓力傳感器(26),直線導(dǎo)軌(27)組件、導(dǎo)向主軸(28)、安裝座(29)及連接板(30)組成，伺服加壓系統(tǒng)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用直線導(dǎo)軌(27)，安裝方式:安裝座(29上對稱安裝兩個(gè)直線導(dǎo)軌(27)，每個(gè)直線導(dǎo)軌(27)上安裝兩個(gè)滑塊，直線導(dǎo)軌(27)的滑塊與導(dǎo)向主軸(28)連接，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向主軸(28 )上下運(yùn)行導(dǎo)向，伺服電機(jī)(21)與伺服電機(jī)安裝板(23 )連接，伺服電機(jī)安裝板(23 )裝配在安裝板(29)上，伺服電機(jī)(21)軸頭通過過渡接頭(22)與接頭(24)連接，利用接頭(24)與導(dǎo)向主軸(28)連接，在導(dǎo)向主軸(28)內(nèi)安裝壓力傳感器(26)。
【文檔編號(hào)】B23K11/36GK104384696SQ201410644613
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】劉國瑛 申請人:廣州松興電氣有限公司