專利名稱：金屬構(gòu)件的連接方法和回流焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用交流波形的電流連接或回流焊接金屬構(gòu)件的方法。
參看

圖11，為熔合作業(yè)的示例，熔合是連接金屬構(gòu)件的方法之一。該作業(yè)包括將絕緣線2和由銅或銅合金制成的端子片電連接和物理連接。
首先，如圖11A所示，工件W由端子4和絕緣線2組成，絕緣線2位于端子4的鉤狀部分或彎曲部分4a內(nèi)。工件W插入到一對電極(如上電極和下電極)6和8之間，插入方式為下電極8在給定位置為端子鉤狀部分4a的下側(cè)提供支撐，而同時(shí)上電極6與端子鉤狀部分4a的上表面相接觸，這樣上表面被壓力裝置(圖中未畫出)以預(yù)定的壓力F壓下。同時(shí)，由一臺電源設(shè)備(圖中未畫出)在電極6和8之間施加預(yù)定的電壓。
然后，首先，電流I通過作為電流通路的端子鉤狀部分4a，流經(jīng)電極6和8，結(jié)果在端子鉤狀部分4a產(chǎn)生焦耳(Joule)熱。從而，如圖11B所示，絕緣線2的絕緣體2a被焦耳熱熔化并從導(dǎo)體2b上除去。
在絕緣體2a被去除之后，如圖11C所示，電流I通過絕緣線2的導(dǎo)體2b(一般為銅)，流經(jīng)兩個(gè)電極6和8。在施加電流期間，在兩電極6和8之間持續(xù)施加壓力F，這樣焦耳熱與壓力F共同作用，把鉤狀部分4a和絕緣線的導(dǎo)體2b通過壓碾連接起來，以達(dá)到填密的效果。這就使得絕緣線2和端子4被牢固地電連接并物理連接起來。由于絕緣線2的導(dǎo)體2b和端子4的電阻極其小，所以不會在二者之間形成任何熔核(焊接接頭)。
圖12為一單相交流電源設(shè)備的電路簡圖，該設(shè)備目前被用于上述的熔合工藝。圖13為該電源設(shè)備中出現(xiàn)的電流和電壓的波形。
在該電源設(shè)備中，輸入到輸入端100和102的商業(yè)用電頻率的單相交流電壓V，通過一個(gè)由一對晶閘管104和106組成的接觸器，施加給降壓變壓器108的初級線圈。變壓器108的次級線圈中產(chǎn)生的交流感應(yīng)電動勢(次級電壓)通過次級導(dǎo)體和電極6和8施加在工件W(2,4)上，這樣，次級電流i2的電流值比初級電流i1大，并作為熔融電流I流經(jīng)次級電路。
盡管熔融電流I(i2)的幅值(有效值)由導(dǎo)通角決定，由于觸發(fā)角和導(dǎo)通角之間有基本上恒定的關(guān)系，也可以說熔融電流I的幅值(有效值)是由觸發(fā)角決定的。在該電源設(shè)備中，控制裝置110通過一個(gè)觸發(fā)電路112控制晶閘管104和106的觸發(fā)角(觸發(fā)計(jì)時(shí))θ，從而控制熔融電流I(i2)的有效值。
控制裝置110接收來自外部裝置(圖中未畫出)，例如與工件W(2,4)相連的輸送機(jī)械(conveyor robot)的起始信號，使加壓裝置進(jìn)行加壓操作，在預(yù)定的時(shí)間間隔(加壓時(shí)間)之后，在預(yù)設(shè)的電流供應(yīng)期間進(jìn)行上述的晶閘管的觸發(fā)控制，并且在電流供應(yīng)時(shí)間終止時(shí)，允許加壓裝置在預(yù)定的時(shí)間間隔(保持時(shí)間)后釋放壓力。
在上述的熔合工藝中，工件W(2,4)通過焦耳熱和壓力被熱壓連接起來。但是，過度的熱壓連接可能會損壞連接件的形狀，或可能導(dǎo)致連接件的破裂或損壞。因此提供一種監(jiān)測裝置用于檢測上電極6沿壓力方向的位移，以便監(jiān)測熱壓連接工件W(2,4)的程度。一旦上電極6的位移達(dá)到預(yù)定值(有限值)，監(jiān)測裝置發(fā)出中斷電流信號，相應(yīng)地，控制裝置110使電源停止電流供應(yīng)。
然而，由于以前的工藝采用的是上述的晶閘管觸發(fā)控制方法，在觸發(fā)或打開晶閘管104和106之后，如圖14所示，控制電流的能力可能會喪失，從而直到半循環(huán)(頻率為50赫茲時(shí)為10毫秒)結(jié)束時(shí)才能中斷電流供應(yīng)。在此期間，工件W(2,4)有可能被過分地?zé)釅哼B接，并導(dǎo)致電流供應(yīng)中斷時(shí)間的滯后而帶來破壞性。
本發(fā)明是針對上述問題設(shè)計(jì)的。因此本發(fā)明的目的之一就是要提供一種金屬構(gòu)件的連接方法和回流焊接方法，采用該方法，即使是在交流波形的中期，在用交流波形的電流連接或回流焊接金屬構(gòu)件的過程中，當(dāng)中斷電流供應(yīng)的情況在設(shè)定的電流供應(yīng)時(shí)間終止前發(fā)生時(shí)，電流供應(yīng)(有規(guī)律的電流供應(yīng))也能被立即停止，從而確保能獲得高的工作質(zhì)量。
本發(fā)明的另一目的就是要提供一種金屬構(gòu)件的連接方法和回流焊接方法，采用該方法，在電流供應(yīng)過程中，有規(guī)律的電流供應(yīng)在接收到中止信號時(shí)立刻被中斷，并且，一旦接收到中止信號，根據(jù)被供給的電流的狀態(tài)(經(jīng)過的時(shí)間和極性)，不會影響連接和焊接的小電流流過工件，從而避免了變壓器產(chǎn)生極性磁化或出現(xiàn)磁飽和，因此確保了對電流供應(yīng)裝置的保護(hù)和電流供應(yīng)裝置的可靠性。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種金屬構(gòu)件的連接方法，其中，一對電極被壓靠在金屬工件上，同時(shí)交流波形的電流流經(jīng)這兩個(gè)電極，通過利用在金屬構(gòu)件中產(chǎn)生的焦耳熱使金屬構(gòu)件連接起來，該方法包括以下步驟用整流電路將商業(yè)用電頻率的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓；由一個(gè)逆變器將從整流電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻的脈沖電壓；通過一個(gè)變壓器和一對電極，把從逆變器輸出的高頻脈沖電壓無需變壓器次級側(cè)整流即施加在金屬構(gòu)件上；把單次連接的電流供應(yīng)時(shí)間分割成多個(gè)單位電流供應(yīng)周期，并把逆變器轉(zhuǎn)至高頻，使具有設(shè)定電流值的交流波形的電流流經(jīng)變壓器的次級側(cè)，變壓器次級側(cè)的一極為奇數(shù)的單位電流供應(yīng)周期，另一極為偶數(shù)的單位電流供應(yīng)周期；然后，在電流供應(yīng)時(shí)間內(nèi)，當(dāng)中止有規(guī)律的電流供應(yīng)的預(yù)定現(xiàn)象出現(xiàn)或預(yù)定條件被滿足時(shí)，中止逆變器的轉(zhuǎn)換工作來中斷有規(guī)律的電流供應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種回流焊接方法，其中，在把焊料插入金屬構(gòu)件待焊區(qū)之間的同時(shí)，把一個(gè)電阻加熱的加熱器尖端靠在金屬構(gòu)件上，同時(shí)交流波形的電流流經(jīng)電阻加熱器的尖端，通過利用在加熱器尖端產(chǎn)生的焦耳熱，金屬構(gòu)件的待焊區(qū)被焊接在一起，該方法包括以下步驟用整流電路將商業(yè)用電頻率的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓；由一個(gè)逆變器將從整流電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻的脈沖電壓；通過一個(gè)變壓器，把從逆變器輸出的高頻脈沖電壓無需變壓器次級側(cè)整流即施加在加熱器的尖端；把單次焊接的電流供應(yīng)時(shí)間分割成多個(gè)單位電流供應(yīng)周期，并把逆變器轉(zhuǎn)至高頻，使具有設(shè)定電流值的交流波形的電流流經(jīng)變壓器的次級側(cè)，變壓器次級側(cè)的一極為奇數(shù)的單位電流供應(yīng)周期，另一極為偶數(shù)的單位電流供應(yīng)周期；然后，在電流供應(yīng)時(shí)間內(nèi)，當(dāng)中止有規(guī)律的電流供應(yīng)的預(yù)定現(xiàn)象出現(xiàn)或預(yù)定條件被滿足時(shí)，中止逆變器的轉(zhuǎn)換工作來中斷有規(guī)律的電流供應(yīng)。
在本發(fā)明中，逆變器安裝在變壓器的初級側(cè)，它的轉(zhuǎn)換受到高頻率的控制，而且，逆變器的極性，即電流的極性以預(yù)定周期轉(zhuǎn)換，使得交流波形的電流流經(jīng)變壓器的次級側(cè)，并且通過利用該交流波形的電流，金屬構(gòu)件被連接或回流焊接起來。由于逆變器在上述的高頻條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作，可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)中止電流供應(yīng)，至多滯后一個(gè)周期。從而即使當(dāng)次級電流處于交流波形的中期時(shí)，也可能在任一時(shí)刻中斷并終止有規(guī)律的電流供應(yīng)。
更優(yōu)選的是，本發(fā)明的方法還可以包括逆變器的轉(zhuǎn)換控制步驟，該步驟使得一旦中止電流供應(yīng)，根據(jù)單位電流供應(yīng)周期的經(jīng)過的時(shí)間和極性，用于消除剩磁的電流能流經(jīng)變壓器的次級側(cè)。在這種情況下，用于消除剩磁的電流的電流值最好是基本上不會影響金屬構(gòu)件的連接。
結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)的介紹之后，本發(fā)明上述的和其它的目的、方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更為明了，其中圖1為一交流波形的逆變器電源設(shè)備的結(jié)構(gòu)方框圖，依照本發(fā)明實(shí)施例，該設(shè)備用于熔合作業(yè)或電阻焊接；圖2為實(shí)施例中的電源設(shè)備單次工作流程中的時(shí)間和波形簡圖；圖3為該實(shí)施例中受到用于控制電流供應(yīng)的控制裝置的影響的處理步驟的流程圖；圖4為說明本實(shí)施例中逆變器控制方法的每一部分的波形圖；圖5為說明本實(shí)施例中電流供應(yīng)控制中包括的電流供應(yīng)中止步驟的流程圖；圖6為本實(shí)施例實(shí)施電流供應(yīng)中止步驟時(shí)各部分的波形圖(第一案例)；圖7A至圖7C為本實(shí)施例實(shí)施電流供應(yīng)中止步驟時(shí)各部分的波形圖(第二至四案例)；圖8為消除剩磁的小電流的電流值衰減的交流波形圖；圖9為一交流波形的逆變器電源設(shè)備的結(jié)構(gòu)方框圖，依照本發(fā)明實(shí)施例，該設(shè)備用于回流焊接；圖10為回流焊接作業(yè)的例圖；圖11A至圖11C為熔合作業(yè)的例圖；圖12為傳統(tǒng)的熔合作業(yè)中采用的單相交流電源設(shè)備的電路結(jié)構(gòu)方框圖；圖13為傳統(tǒng)的單相交流電源設(shè)備中電壓和電流的波形圖；及圖14為傳統(tǒng)的熔合作業(yè)中電流供應(yīng)中止時(shí)可能出現(xiàn)的缺點(diǎn)。
將結(jié)合圖1至圖10對本發(fā)明進(jìn)行介紹，這些附圖以非限制的方式闡明了目前優(yōu)選的實(shí)施例。
圖1說明了一交流波形的逆變器電源設(shè)備的結(jié)構(gòu)，依照本發(fā)明實(shí)施例，該設(shè)備用于熔合作業(yè)。
電源設(shè)備包括電流供應(yīng)裝置，該裝置通常被標(biāo)為10。電流供應(yīng)裝置10包括一個(gè)三相整流電路14，一個(gè)逆變器16以及一臺降壓變壓器18。三相整流電路14由多個(gè)，如六個(gè)，二極管組成，這些二極管彼此三相橋接。三相整流電路14對從三相交流電源端子12輸入的商業(yè)用電頻率的三相交流電壓(R,S,T)進(jìn)行全波整流，使其轉(zhuǎn)換成直流電壓。從三相整流電路14輸出的直流電壓被電容20濾波，并輸入到逆變器16的輸入端La和Lb。
逆變器16有四個(gè)晶體管開關(guān)元件22,24,26和28，它們可以是GTR(大功率晶體管)或IGBT(絕緣柵極雙極型晶體管)。
四個(gè)開關(guān)元件22至28中，來自控制裝置32的同相逆變器控制信號G1和G3通過驅(qū)動電路30，以預(yù)定的逆變器頻率(如1千赫茲)同時(shí)控制著第一組(正極側(cè))開關(guān)元件22和26的開關(guān)，而來自控制裝置32的同相逆變器控制信號G2和G4通過驅(qū)動電路30，以上述的逆變器頻率同時(shí)控制著第二組(負(fù)極側(cè))開關(guān)元件24和28的開關(guān)。
逆變器16的輸出端[Ma,Mb]分別與變壓器18的初級線圈的兩端電連接。一對電極6和8，如圖11所示，只通過一個(gè)次級導(dǎo)體，分別與變壓器18的次級線圈的兩端電連接，而無需插入整流電路。
電極6和8由銅合金或高電阻的金屬如鉬或鎢制成，分別可分離地安裝在加壓裝置34的上、下電極支撐件36和38上。加壓裝置34包括一有例如汽缸的壓力驅(qū)動元件(圖中未畫出)。響應(yīng)于來自控制裝置32的壓力控制信號FC，加壓裝置34驅(qū)動例如上電極支撐件36，把上電極6壓靠在位于下電極8上、承受來自上方的壓力的工件W(2,4)上。
在該實(shí)施例中，配置了一臺位移測量儀40，作為用于控制熔合作業(yè)中工件W(2,4)的壓下程度的監(jiān)測器。位移測量儀40包括一個(gè)位置傳感器，用于探測上電極支撐件36或上電極6沿高度方向上的位移。位移測量儀40用來監(jiān)測上電極6從開始電流供應(yīng)時(shí)的參考位置起的垂直向下的位移量，并且當(dāng)位移量達(dá)到設(shè)定值時(shí)生成一電流中止信號WS。由位移測量儀40發(fā)出的電流中止信號被輸入控制裝置32。
控制裝置32由微機(jī)組成，包括一個(gè)CPU(中央處理器)，一個(gè)ROM(程序存儲器)，一個(gè)RAM(數(shù)據(jù)存儲器)，一個(gè)接口電路，等等?？刂蒲b置32提電流供應(yīng)源設(shè)備內(nèi)所有的控制，包括電流供應(yīng)控制(尤其是逆變器控制)和各種處理?xiàng)l件設(shè)置及顯示處理，等等?？刂蒲b置32與加壓裝置34、位移測量儀40及其它的外部裝置交換所需的信號。時(shí)鐘生成電路50為控制裝置32提供定義基本或單元周期tc的時(shí)鐘信號CKtc，用來控制逆變器16的切換。
輸入裝置52包括位于電源設(shè)備的控制臺面板(圖中未畫出)上的鍵盤或鍵開關(guān)，用來設(shè)定或輸入各種條件。顯示裝置54包括一個(gè)顯示屏，如位于控制臺面板上的液晶顯示屏，并在控制裝置32的控制下顯示各種條件的設(shè)定值和測量值。
為在電流供應(yīng)控制中實(shí)現(xiàn)電流反饋，電源設(shè)備中還包括電流傳感器56，如與電流供應(yīng)裝置10的初級電路(或次級電路)的導(dǎo)體相連的電流互感器。根據(jù)電流傳感器56的輸出信號，電流測量電路58獲得初級電流I1或次級電流I2的測量值(如有效值，平均值或峰值)，該測量值作為模擬電流測量信號SI，而信號SI又被A-D轉(zhuǎn)換器60轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入控制裝置32。
圖2說明了用電源設(shè)備的控制裝置32、輸入裝置52和顯示裝置54設(shè)定的單次熔合作業(yè)中的時(shí)序和波形。確定單位熔合作業(yè)流程的主要參數(shù)為加壓時(shí)間SO，電流供應(yīng)時(shí)間WE，保持時(shí)間HOLD及電流值Is(示例中為峰值)。電流供應(yīng)時(shí)間被設(shè)定為單位電流供應(yīng)周期Ts/2的整數(shù)倍(通常為偶數(shù)倍)，與次級交流頻率的半個(gè)周期相對應(yīng)。次級交流頻率最好與變壓器18的額定頻率一致，并且一般等于或接近商業(yè)用電頻率。
下文中將結(jié)合例子就圖11所示的熔合作業(yè)對本實(shí)施例的工作運(yùn)行進(jìn)行介紹。
在本實(shí)施例中，如圖11A所示，工件W由端子4和位于端子4的鉤狀部分4a內(nèi)的絕緣線2組成，插在上電極6和下電極8之間，插入方式為鉤狀部分4a的下側(cè)由下電極8來支持。在完成工件W的插入之后，預(yù)定的外部裝置把激活信號EN(高)傳輸給控制裝置32。
響應(yīng)于起始信號EN(高電平)的輸入，控制裝置32以如圖2所示的時(shí)序?qū)γ總€(gè)部件進(jìn)行控制?？刂蒲b置32首先使壓力控制信號FC激活(高)，從而引起加壓裝置34開始加壓操作。加壓裝置34降低上電極支撐件36，這樣上電極6被壓靠在位于下電極8上待壓的工件W(2,4)上。在壓力達(dá)到某一預(yù)定值之后，即在從加壓操作開始時(shí)起經(jīng)過加壓時(shí)間SQ之后的預(yù)定定時(shí)，電流供應(yīng)裝置10在電流供應(yīng)時(shí)間WE內(nèi)，供應(yīng)正常的或有規(guī)律的電流。
圖3圖示了本實(shí)施例中受控制裝置32影響的電流供應(yīng)控制過程。
首先，控制裝置32將所需條件的設(shè)定值在預(yù)定的寄存器內(nèi)設(shè)定，設(shè)定值與電流供應(yīng)時(shí)間WE對應(yīng)的供給電流相關(guān)，如電流供應(yīng)時(shí)間WE、電流設(shè)定值Is、設(shè)定的周期數(shù)Ns、單位電流供應(yīng)周期，等等(步驟A1)。這種電流供應(yīng)初始化可以包括在第一個(gè)單位電流供應(yīng)周期內(nèi)設(shè)定逆變器的極性，或設(shè)定初始值，如每個(gè)單位電流供應(yīng)周期的第一高頻脈沖的脈寬。
然后，控制裝置32選擇一個(gè)預(yù)定的極性，如第一個(gè)單位電流供應(yīng)周期Ts/2的正極，并通過驅(qū)動電路30，把具有初始脈寬的開關(guān)控制信號G1和G3提供給逆變器16的正極(第一組)開關(guān)元件22和26，用來打開開關(guān)元件22和26(步驟A2)。負(fù)極(第二組)開關(guān)元件24和28仍保持?jǐn)嚅_。
當(dāng)熔融電流I(次級電流I2)和初級電流I1在第一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)分別流經(jīng)變壓器18的次級電路和初級電路時(shí)，電流傳感器56發(fā)出電流檢測信號表征初級電流I1的瞬時(shí)值，這樣，電流測量電路58輸出初級電流I1或次級電流I2在這個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的電流測量值(有效值，平均值或峰值)SI。
控制裝置32通過A-D轉(zhuǎn)換器60接收來自電流測量電路58的電流測量值SI(步驟A3)，將電流測量值SI與電流的設(shè)定值Is進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較誤差，決定下一個(gè)開關(guān)周期的脈寬(開關(guān)-開時(shí)間)tp(步驟A4)。
然后，在第二個(gè)開關(guān)周期中，控制裝置32將脈寬為tp的開關(guān)信號G1和G3分別傳輸給逆變器16的正極開關(guān)元件22和26，用來打開開關(guān)元件22和26(步驟A7和A2)。
這樣，在第一個(gè)單位電流供應(yīng)周期Ts/2內(nèi)，只有逆變器16的正極開關(guān)元件22和26在反饋的脈寬控制下，進(jìn)行了連續(xù)的高頻(1千赫茲)切換操作(步驟A2至A7)。在此期間，負(fù)極開關(guān)元件24和28保持?jǐn)嚅_。這使得次級電流I2(熔融電流I)具有一種恒電流控制的梯形波形，從而與電流設(shè)定值Is基本吻合而沿正極方向流經(jīng)變壓器18的次級電路(圖4)。
第一單位電流供應(yīng)周期(Ts/2)一結(jié)束，控制裝置32反轉(zhuǎn)逆變器的極性標(biāo)志至負(fù)極側(cè)(步驟A8和A9)，從而能繼續(xù)控制第二單位電流供應(yīng)周期Ts/2(步驟A7)。
在第二個(gè)單位電流供應(yīng)周期(Ts/2)，只有逆變器16的負(fù)極開關(guān)元件24和28在反饋的脈寬控制下，進(jìn)行了連續(xù)的高頻(1千赫茲)切換操作，而正極開關(guān)元件22和26保持?jǐn)嚅_(步驟A2至A7)。這就使得次級電流I2(熔融電流I)具有一種恒電流控制的梯形波形，從而與電流設(shè)定值Is基本吻合而沿負(fù)極方向流經(jīng)變壓器18的次級電路(圖4)。
從而，在組成整個(gè)電流供應(yīng)時(shí)間WE的偶數(shù)單位電流供應(yīng)周期Ts/2中的每個(gè)奇數(shù)單位電流供應(yīng)周期內(nèi)，控制裝置32僅使正極開關(guān)元件22和26進(jìn)行連續(xù)的切換操作，而使負(fù)極開關(guān)元件24和28保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，而在每個(gè)偶數(shù)單位電流供應(yīng)周期內(nèi)，控制裝置32僅使負(fù)極開關(guān)元件24和28進(jìn)行連續(xù)的切換操作，而使正極開關(guān)元件22和26保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。從而使得次級電流I2，即熔融電流I，具有梯形電流波形，該電流在每個(gè)奇數(shù)單位電流供應(yīng)周期Ts/2內(nèi)沿正極方向流經(jīng)電源設(shè)備的次級電路，而在每個(gè)偶數(shù)單位電流供應(yīng)周期Ts/2內(nèi)沿負(fù)極方向流經(jīng)電源設(shè)備的次級電路。
照這樣，在每個(gè)電流供應(yīng)周期Ts/2內(nèi)，梯形波形的熔融電流I在電極6和8之間流過，由于產(chǎn)熱效率高，能產(chǎn)生足夠多的熱能傳遞給工件W，即使當(dāng)電流峰值Is相對較低時(shí)也是這樣。因此，在避免對工件W--尤其是端子鉤狀部分4a的熱沖擊的同時(shí)，有可能產(chǎn)生足夠的焦耳熱使絕緣線2的絕緣體2a熔化。
在本實(shí)施例中，在去除絕緣體2a之后，電流I流經(jīng)電極6和8之間的絕緣線2的導(dǎo)體2b，如圖11C所示，這樣就由端子4和絕緣線2這兩者產(chǎn)生了焦耳熱。產(chǎn)生的焦耳熱與加壓裝置34產(chǎn)生的壓力共同作用，把鉤狀部分4a和絕緣線的導(dǎo)體2b通過壓碾連接起來，以達(dá)到填密的效果。
一旦電流供應(yīng)時(shí)間WE結(jié)束，控制裝置32完全停止逆變器16的工作，從而終止所有的電流供應(yīng)控制(步驟A11)。然后，在保持時(shí)間HOLD結(jié)束之后，控制裝置32使加壓裝置34釋放壓力F。
但是，在上述的熔合作業(yè)中，在電流供應(yīng)時(shí)間WE內(nèi)正常電流供應(yīng)期間，一旦工件W的下壓量達(dá)到了預(yù)定值，位移測量儀40發(fā)出電流中止信號WS(高)。在對逆變器16進(jìn)行上述的切換控制的過程中，控制裝置32一旦接收到電流中止信號WS，立即取消下一個(gè)開關(guān)周期(步驟A5)，并進(jìn)入電流中止處理規(guī)程(步驟A10)。
圖5圖示了本實(shí)施例受控制裝置32影響的電流中止處理步驟(步驟A10)。除逆變器16中止切換操作之外，本實(shí)施例中的控制裝置32允許小電流im流過，以便在中止正常電流供應(yīng)或有規(guī)律的電流供應(yīng)之后，根據(jù)電流中止時(shí)的條件，立即消除變壓器18的剩磁。
控制裝置32一旦接收到電流中止信號WS，首先判斷逆變器16的極性或電流I的極性(步驟B1)。如果是正極，即，若電流中止時(shí)的極性與電流起始的極性一致，那么，控制裝置32進(jìn)行隨后的處理或控制。
控制裝置32一接收到電流中止信號WS，就判斷單位電流供應(yīng)周期Ts/2內(nèi)的經(jīng)過的時(shí)間Te是否已經(jīng)超過了設(shè)定值Tj(步驟B2)。此處，設(shè)定值Tj為確定是否讓消除剩磁的小電流im流過的參考值。設(shè)定值Tj可以設(shè)為單位電流供應(yīng)周期Ts/2的30％-60％。
如果經(jīng)過的時(shí)間Te不超過參考值Tj，那么控制裝置32判斷無需讓用于消除剩磁的電流im流過，從而結(jié)束當(dāng)前的電流中止處理步驟(步驟B3)，使逆變器16的切換操作完全中止(步驟A11)。由于逆變器16按時(shí)鐘周期CKtc進(jìn)行切換操作，一旦接收到電流中止信號，在幾個(gè)時(shí)鐘內(nèi)即可完全停止操作。此時(shí)的次級電流波形如圖7A所示。
若經(jīng)過的時(shí)間Te超過參考值Tj，那么控制裝置32反轉(zhuǎn)逆變器的極性標(biāo)志到負(fù)極側(cè)(步驟B4)，并確定防止出現(xiàn)極性磁化的電流設(shè)定值Im和小電流im的電流供應(yīng)時(shí)間Tm(步驟B5)。然后，控制裝置32再次為逆變器16提供與設(shè)定條件一致的切換控制(步驟B6、B7和B8)，并在經(jīng)過電流供應(yīng)時(shí)間Tm(步驟B7)之后，使逆變器16的切換操作完全停止(步驟A11)。
圖6說明了與系列處理步驟(步驟B2至B8)相對應(yīng)的部分的波形。消除剩磁的小電流im用于防止任何剩磁出現(xiàn)在變壓器18內(nèi)，由于有規(guī)律的電流供應(yīng)過程中次級交流波形電流I2(I)的中斷，會出現(xiàn)剩磁。選擇的小電流im的電流設(shè)定值Im應(yīng)不至于影響工件W(通過焦耳熱效應(yīng))。選擇小電流im的電流供應(yīng)時(shí)間Tm，使之與有規(guī)律的電流供應(yīng)中斷時(shí)的單位電流供應(yīng)周期Ts/2的經(jīng)過的時(shí)間Te成正比。
若電流中斷時(shí)的極性為負(fù)，即，如果電流供應(yīng)中斷時(shí)的極性與電流起始時(shí)的極性相反，那么控制裝置32判斷電流中止時(shí)單位電流供應(yīng)周期Ts/2的經(jīng)過的時(shí)間Te是否小于設(shè)定值Tk(步驟B9)。設(shè)定值Tk為負(fù)極側(cè)的參考值，與上述的正極側(cè)的參考值Tj意義相同。設(shè)定值Tk可以是單位電流供應(yīng)周期Ts/2的30％-60％。
當(dāng)經(jīng)過的時(shí)間Te超過了參考值Tk，判斷出無需讓消除剩磁的電流im流過，從而結(jié)束當(dāng)前的電流中止處理步驟(步驟B10)，使逆變器16的切換操作完全停止(步驟A11)。此時(shí)的次級電流波形如圖7C所示。
當(dāng)經(jīng)過的時(shí)間Tk小于參考值Tk，控制裝置32在不改變逆變器16的極性(負(fù)極)的條件下，確定消除剩磁的電流設(shè)定值Im和小電流im的電流供應(yīng)時(shí)間Tm(步驟B11和B5)。與設(shè)定的條件一致，控制裝置32再次為逆變器16提供切換控制(步驟B6、B7和B8)，并在經(jīng)過電流供應(yīng)時(shí)間Tm(步驟B7)之后，使逆變器16的切換操作完全停止(步驟A11)。此時(shí)的次級電流波形如圖7B所示。此時(shí)選擇小電流im的電流供應(yīng)時(shí)間Tm，使之與有規(guī)律的電流供應(yīng)中斷時(shí)的單位電流供應(yīng)周期Ts/2的經(jīng)過的時(shí)間Te成反比。
這樣，在本實(shí)施例中，當(dāng)有規(guī)律的電流供應(yīng)對預(yù)定的電路中止信號WS作出反應(yīng)，中斷流經(jīng)次級側(cè)的交流波形的電流I2(I)時(shí)，控制裝置32有條件地為逆變器16提供與單位電流供應(yīng)周期Ts/2的經(jīng)過的時(shí)間及電流中止時(shí)的極性一致的切換控制，這樣，適當(dāng)幅度的小電流im以合適的時(shí)間和正確的極性流經(jīng)次級側(cè)，由此避免了在整個(gè)熔合作業(yè)結(jié)束后，任何剩磁殘留在變壓器18內(nèi)。因此，有可能避免變壓器18內(nèi)出現(xiàn)極性磁化或磁飽和，由此保證了逆變器16的開關(guān)元件22至28的安全。
在上述的實(shí)施例中，消除剩磁的小電流im可以按圖8所示逐漸減小。此時(shí)，交流電流的包絡(luò)線的中心線必須位于與第一個(gè)電流供應(yīng)周期極性相反的極性側(cè)。交流周期或頻率可以與有規(guī)律的電流供應(yīng)的周期或頻率相同，也可以不同。
防止變壓器18可能出現(xiàn)的極性磁化或磁飽和的另一種方法是在中斷有規(guī)律的電流供應(yīng)時(shí)，結(jié)束熔合作業(yè)無需進(jìn)行上述的電流中止處理過程(步驟A10)，而是在下一次熔合作業(yè)的有規(guī)律的電流供應(yīng)中，從負(fù)極側(cè)開始對逆變器16的切換控制。
上述的實(shí)施例的交流波形逆變器的電流供應(yīng)設(shè)備被用于熔合作業(yè)。但是，這種交流波形逆變器的電流供應(yīng)設(shè)備還能原封不動地應(yīng)用于允許工件焊接時(shí)移動的電阻焊接，如凸焊。此時(shí)，同樣地，仍能獲得上述的的操作功能和效果。還能用于工件的有焊料鍍層或錫鍍層的連接面，這樣，連接面被供給與電阻焊接相同的電流，從而被焊接在一起。
本發(fā)明能用于回流焊接。圖9為與本發(fā)明的另一實(shí)施例相對應(yīng)的，用于回流焊接的交流波形的逆變器電源設(shè)備的結(jié)構(gòu)。與上述的熔合作業(yè)或電阻焊接中的電源裝置具有相同特點(diǎn)和功能的部件所用的附圖標(biāo)記與圖1中的相似。
參看圖9，加熱器尖端70有兩個(gè)相對的端子70a和70b，它們相對的兩端通過次級導(dǎo)體72分別與變壓器18的次級線圈的相對的兩端連在一起，其間沒有插入任何的整流電路。
加熱器的尖端70由高產(chǎn)熱能力的金屬電阻制成，例如鉬，并且，當(dāng)電流流過兩端子70a和70b時(shí)，由于電阻發(fā)熱會產(chǎn)生熱量。加熱器尖端70包括點(diǎn)端(point)70c，在其附近，如它的側(cè)面，裝有作為溫度傳感器的熱電偶74。熱電偶74發(fā)出電信號(溫度探測信號)St，表征點(diǎn)端70c附近的溫度。加熱器尖端70與加壓裝置34的尖端支撐件76可分離地相連。加壓裝置34用于在接收到控制裝置32發(fā)出的壓力控制信號FC后，驅(qū)動尖端支撐件76，由此，使加熱器尖端70壓靠在工件W上，由此加壓。位移測量儀40用于監(jiān)測尖端支撐件76或加熱器尖端70沿高度方向上的位移，并在回流焊接作業(yè)的位移量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，發(fā)出電流中止信號。
為在這種電源設(shè)備中實(shí)現(xiàn)對加熱器尖端70的加熱溫度的反饋控制，安裝在加熱器尖端70上的熱電偶74發(fā)出的模擬溫度檢測信號St被一信號放大電路78放大，并被A-D轉(zhuǎn)換器80轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，該信號又被輸送給控制裝置32。
與上述的用于熔合作業(yè)或電阻焊接的電源設(shè)備相似，這種電源設(shè)備還可以通過控制裝置32進(jìn)行如圖2所示的加壓/電流供應(yīng)流程操作，并在電流供應(yīng)時(shí)間的有規(guī)律的電流供應(yīng)期間實(shí)現(xiàn)如圖3所示的電流供應(yīng)控制步驟。
在電流供應(yīng)時(shí)間內(nèi)，加熱器尖端70由于電阻發(fā)熱產(chǎn)生熱，并且通過其點(diǎn)端70c，給工件W(82,84)待焊接的H區(qū)域施加壓力和熱量，如圖10所示。預(yù)先在待焊接的區(qū)域的連接面上抹上焊料膏，這樣焊料膏在加熱器尖端70的壓力和熱的作用下熔化。在結(jié)束電流供應(yīng)和隨后的壓力釋放之后，焊料凝固，工件W(82,84)上待焊接的區(qū)域H通過凝固的焊料被物理連接和電連接。
在圖10所示的作業(yè)示例中，工件W的部件之一82為一線圈，另一個(gè)部件84是端子。尖端支撐件76通過螺栓86和88與加熱器70的兩個(gè)端子70a和70b相接，并且有一個(gè)更低的、由導(dǎo)電材料(如銅)制成的末端，作為電流供應(yīng)裝置10的次級導(dǎo)體72的一部分。每個(gè)次級導(dǎo)體72由導(dǎo)電元件72a和72b組成，用絕緣體90使導(dǎo)電元件72a和72b彼此絕緣。
當(dāng)工件W，尤其是線圈82過度變形時(shí)，并且加熱器尖端70的位移量達(dá)到上述的回流焊接作業(yè)的設(shè)定值時(shí)，位移測量儀40可以在該時(shí)刻發(fā)出一個(gè)電流中止信號WS，這樣控制裝置32可以對應(yīng)于信號WS進(jìn)行與圖5所示的基本相同的電流中止處理過程。
盡管在上述的實(shí)施例中，有規(guī)律的電流供應(yīng)在接收到位移測量儀40發(fā)出的電流中止信號WS時(shí)被中斷，相似的電流中止信號也可以由其它的外部裝置發(fā)出，例如，電壓監(jiān)測裝置，電流監(jiān)測裝置或溫度監(jiān)測裝置。這些監(jiān)測裝置或探測器可以安裝在電源設(shè)備中。
盡管上述的實(shí)施例中，商業(yè)用電頻率的三相交流電流被轉(zhuǎn)換成直流電流輸入到逆變器16，商業(yè)用電頻率的單相交流電流也能被轉(zhuǎn)換成直流電流。逆變器16的電路結(jié)構(gòu)只是一個(gè)示例，還可以對其進(jìn)行調(diào)整。每個(gè)單位電流供應(yīng)周期的電流波形并非僅限于上述實(shí)施例中每個(gè)單位電流供應(yīng)周期的電流波形，可以被調(diào)整成任何所需的波形。
盡管上述實(shí)施例中的電流供應(yīng)控制采用PWM(脈寬調(diào)制)方法進(jìn)行反饋恒流控制，也可以采用其它的方法，例如，電流峰值控制法或限制器控制方法，其中的電流峰值與逆變器頻率的每個(gè)周期的設(shè)定值一致。
根據(jù)本發(fā)明的金屬構(gòu)件連接或回流焊接方法，正如上文所述，在采用交流波形的電流進(jìn)行金屬構(gòu)件的連接或回流焊接時(shí)，一旦需要中止有規(guī)律的電流供應(yīng)的情況出現(xiàn)，即使是在交流波形的中期，也能在設(shè)定的電流供應(yīng)時(shí)間結(jié)束之前立刻中止有規(guī)律的電流供應(yīng)，由此能進(jìn)行高質(zhì)量的加工。從而，盡管在交流波形的中期中止有規(guī)律的電流供應(yīng)，通過確保變壓器不出現(xiàn)極性磁力或磁飽和，電源裝置的保護(hù)和可靠性就都有了保障。
盡管本文對本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的說明和圖解，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的內(nèi)容可以有不同的實(shí)施方式，并且所附的權(quán)利要求將會包括這些不同于現(xiàn)有技術(shù)的改動之處。
權(quán)利要求
1．一種金屬構(gòu)件的連接方法，其中一對電極壓靠在金屬構(gòu)件上，同時(shí)交流波形的電流流經(jīng)所述兩個(gè)電極，通過利用在所述金屬構(gòu)件中產(chǎn)生的焦耳熱使所述金屬構(gòu)件連接起來，所述方法包括以下步驟用整流電路將商業(yè)用電頻率的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓；由一個(gè)逆變器將從所述整流電路輸出的所述直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻的脈沖電壓；通過一個(gè)變壓器和所述一對電極，把從所述逆變器輸出的所述高頻脈沖電壓無需所述變壓器的次級側(cè)整流即被施加在所述金屬構(gòu)件上；把單次連接的電流供應(yīng)時(shí)間分割成多個(gè)單位電流供應(yīng)周期，并以所述高頻切換所述逆變器，使具有設(shè)定電流值的交流波形的電流流經(jīng)所述變壓器的次級側(cè)，所述變壓器次級側(cè)的一極為奇數(shù)的單位電流供應(yīng)周期，另一極為偶數(shù)的單位電流供應(yīng)周期；及在所述電流供應(yīng)時(shí)間內(nèi)，當(dāng)中止所述有規(guī)律的電流供應(yīng)的預(yù)定現(xiàn)象出現(xiàn)或預(yù)定條件被滿足時(shí)，中止所述逆變器的轉(zhuǎn)換工作來中斷有規(guī)律的電流供應(yīng)。
2．如權(quán)利要求1中所述的金屬構(gòu)件連接方法，還包括以下步驟根據(jù)所述電流供應(yīng)中止時(shí)的所述單位電流供應(yīng)周期內(nèi)的經(jīng)過時(shí)間和極性，為所述逆變器提供切換控制，使得用于消除剩磁的電流流經(jīng)所述變壓器的次級側(cè)。
3．如權(quán)利要求2中所述的金屬構(gòu)件連接方法，其中，用于消除剩磁的所述電流的電流值不會影響所述金屬構(gòu)件的連接。
4．一種回流焊接方法，其中，將焊料插入金屬構(gòu)件待焊區(qū)域之間，電阻加熱的加熱器尖端與所述金屬構(gòu)件相連，同時(shí)交流波形的電流流經(jīng)所述加熱器尖端，通過利用在所述加熱器尖端產(chǎn)生的焦耳熱使所述金屬構(gòu)件的待焊接區(qū)域被焊接在一起，所述方法包括以下步驟用整流電路將商業(yè)用電頻率的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓；由一個(gè)逆變器將從整流電路輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻的脈沖電壓；通過一個(gè)變壓器，把從所述逆變器輸出的所述高頻脈沖電壓無需變壓器次級側(cè)的整流即被施加在所述加熱器的尖端；把單次焊接的電流供應(yīng)時(shí)間分割成多個(gè)單位電流供應(yīng)周期，并以所述高頻切換所述逆變器，使具有設(shè)定電流值的交流波形的電流流經(jīng)所述變壓器的次級側(cè)，變壓器次級側(cè)的一極為奇數(shù)的單位電流供應(yīng)周期，另一極為偶數(shù)的單位電流供應(yīng)周期；及，在所述電流供應(yīng)時(shí)間內(nèi)，當(dāng)中止所述有規(guī)律的電流供應(yīng)的預(yù)定現(xiàn)象出現(xiàn)或預(yù)定條件被滿足時(shí)，中止所述逆變器的轉(zhuǎn)換工作來中斷有規(guī)律的電流供應(yīng)。
5．如權(quán)利要求4中所述的回流焊接方法，還包括以下步驟根據(jù)所述電流供應(yīng)中止時(shí)的所述單位電流供應(yīng)周期內(nèi)的經(jīng)過時(shí)間和極性，為所述逆變器提供切換控制，使得用于消除剩磁的電流流經(jīng)所述變壓器的次級側(cè)。
6．如權(quán)利要求5中所述的回流焊接方法，其中所述消除剩磁的電流的電流值不會影響所述金屬構(gòu)件的焊接。
全文摘要
在組成設(shè)定的電流供應(yīng)時(shí)間的多個(gè)單位電流供應(yīng)周期的每個(gè)奇數(shù)單位電流供應(yīng)周期內(nèi),控制裝置32只使正極開關(guān)元件(22,26)按逆變器頻率連續(xù)切換,使負(fù)極開關(guān)元件(24,28)保持?jǐn)嚅_,而在每個(gè)偶數(shù)單位電流供應(yīng)周期內(nèi),只使負(fù)極開關(guān)元件連續(xù)切換,使正極開關(guān)元件保持?jǐn)嚅_。這使得次級電流I2為梯形波形,該電流在每個(gè)奇數(shù)和偶數(shù)單位電流供應(yīng)周期內(nèi)分別沿正極和負(fù)極方向流經(jīng)電源設(shè)備的次級電路。當(dāng)在電流供應(yīng)期間收到電流中止信號WS時(shí),控制裝置32使逆變器16的切換操作中止,立即中斷電流的供給。
文檔編號H01R43/02GK1314226SQ0111730
公開日2001年9月26日 申請日期2001年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月22日
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