微型件的電阻焊連接在微連接技術(shù)中占有重要地位，其中一些精密件的焊接往往采用電容貯能電阻點(diǎn)、縫焊方法。因?yàn)槲⑿图缀纬叽缧?，加熱過程中析熱少而散熱強(qiáng)烈，焊接區(qū)溫度場的分布特點(diǎn)是沿焊件厚度方向溫度梯度很小，在貼合面上難于形成集中加熱的效果，而采用電容貯能電阻焊方法可以很好地解決加熱迅速、集中、焊件變形小、接頭質(zhì)量高等問題。但目前這些焊接方法的控制上還存在一些不足，尤其是控制技術(shù)的應(yīng)用上比較落后，甚至于有些焊機(jī)主要還在采用電子管、引燃管為控制器件，嚴(yán)重影響焊機(jī)的技術(shù)性能與工藝性能。本文介紹采用微機(jī)及晶閘管為主控器件的電容貯能縫焊機(jī)控制器的研制。

1　控制原理

　　因?yàn)楹附游⑿图杩傮w功率較小，所以采用單相電源供電。單相電源經(jīng)中間變壓器升壓后，再經(jīng)充電晶閘管開關(guān)輸出直流電流到電容器組進(jìn)行貯能，充電電壓可以根據(jù)要求選擇。貯存在電容器的能量的釋放由放電晶閘管開關(guān)控制。放電晶閘管的開通時(shí)刻則由單片機(jī)控制，一旦放電晶閘管開通，則貯存在電容器組中的電場能作為電源，通過開關(guān)和級(jí)數(shù)換接器等迅速向阻焊變壓器放電繞組放電，并在次級(jí)側(cè)的焊接回路中流過感應(yīng)出的電容貯能焊接電流。由于放電脈沖較小，可以不考慮在二次回路中加裝極性換向開關(guān)，電容貯存的電場能Wc表達(dá)為：

　　(1)

式中　C為電容器組容量，影響放電電流脈沖的幅值及寬度；U_c為充電電壓，主要影響放電電流脈沖的幅值。
　　在控制上，只控制充電半個(gè)周波作為貯能能源，晶閘管觸發(fā)角移相范圍為90°～135°，即調(diào)節(jié)寬度為45°，當(dāng)充電晶閘管觸發(fā)角為90°時(shí)，正值充電電壓波形的峰點(diǎn)，所以充電電壓*，此時(shí)在其它條件不變時(shí)，焊接能量為*。當(dāng)晶閘管觸發(fā)角為135°時(shí)，充電電壓最小，焊接能量也為最小。根據(jù)焊接產(chǎn)品的不同，調(diào)節(jié)相應(yīng)的充電電壓值，可以獲取滿足不同工藝要求的焊接規(guī)范。
　　控制充電電壓的調(diào)節(jié)由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)人機(jī)界面輸入的充電電壓設(shè)定值，微機(jī)計(jì)算出相應(yīng)的移相角，并由CTC計(jì)數(shù)器進(jìn)行定時(shí)，設(shè)定時(shí)間到即發(fā)出相應(yīng)的充電晶閘管觸發(fā)脈沖。
　　此外，控制器還要控制通電時(shí)間及斷電時(shí)間，現(xiàn)在所通用的小功率電容貯能縫焊機(jī)如QZ-170型縫焊機(jī)，采用了四級(jí)分檔調(diào)節(jié)脈沖頻率方法，由于技術(shù)上及制造工藝上的原因，要進(jìn)一步細(xì)化精密控制通斷電時(shí)間比不太容易。在微機(jī)控制系統(tǒng)中，控制通斷時(shí)間比較易實(shí)現(xiàn)。本控制中通斷電時(shí)間比由人機(jī)界面輸入設(shè)定，調(diào)節(jié)范圍為1：1至1：49等49級(jí)，大大提高了原有焊機(jī)的技術(shù)性能。

2　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　控制系統(tǒng)由單片微機(jī)為主控單元，用晶閘管為主電力電路開關(guān)元件，采用單相充、放電晶閘管，焊機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1　A/D轉(zhuǎn)換器
　　設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器的作用有二：一是采樣放電電流即焊接電流的峰值，這是電容貯能焊中的一個(gè)重要工藝參數(shù)。另一是采樣電網(wǎng)電壓，根據(jù)電網(wǎng)波動(dòng)可以相應(yīng)改變充電晶閘管移相角，保證焊接過程中充電電壓的穩(wěn)定。A/D轉(zhuǎn)換器采用0809芯片，采樣速度100 μs左右。

2.2　并行接口
　　并行接口選用的是8255芯片，作用是傳遞數(shù)據(jù)信息。如人機(jī)界面的信息傳送，輸入設(shè)定信息量，顯示測(cè)量的參數(shù)值等。另外微機(jī)本身的輸入/輸出口也被用來作為控制系統(tǒng)的I/O口，傳送數(shù)據(jù)開關(guān)量的信息、報(bào)警信息等。

2.3　定時(shí)器
　　定時(shí)器采用單片機(jī)8031本身所帶的CTC定時(shí)器，單片機(jī)主頻為6 MHz。定時(shí)器的作用一是為軟件的功能編制服務(wù)；另一是為充、放電晶閘管的移相計(jì)時(shí)；還有是為計(jì)量放電脈沖的峰值角t_M(或稱電流波形陡度)與放電脈沖寬度T(或稱放電時(shí)間)服務(wù)的，t_M與T是電容貯能焊中的另兩個(gè)重要參數(shù)。

2.4　報(bào)警電路
　　控制系統(tǒng)對(duì)焊接過程進(jìn)行自診斷，有非正常狀態(tài)時(shí)，即預(yù)以報(bào)警指示，顯示出相應(yīng)的錯(cuò)誤信息，停止焊接過程的運(yùn)行。報(bào)警信息有以下幾種：
　　“過壓”——充電電壓超過規(guī)定的*電壓；
　　“失控”——非焊接過程時(shí)，充、放電晶閘管已開通，焊接回路有電流；
　　“不通電”——焊接時(shí)，充、放電晶閘管不工作，焊接回路無電流。此外，控制系統(tǒng)采用了專門的屏蔽、光隔、掉電保護(hù)等措施，使系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性與可靠性。

3　軟件流程

　　控制系統(tǒng)的軟件流程如圖2所示。軟件編制采用模塊化結(jié)構(gòu)，互不干擾、修改容易、層次清楚、可擴(kuò)展力強(qiáng)。

圖2　主程序流程圖

4　控制器特點(diǎn)

4.1　焊接過程參數(shù)電流峰值I_M、電流波形陡度t_M及放電時(shí)間T都可存貯并顯示，對(duì)控制焊接質(zhì)量、制定工藝規(guī)范極有意義。
4.2　采用計(jì)算機(jī)控制充電電壓并根據(jù)網(wǎng)壓波動(dòng)予以修正補(bǔ)償，大大提高了焊機(jī)的控制性能，能做到較精確的加熱參數(shù)控制。
4.3　對(duì)縫焊過程用計(jì)算機(jī)計(jì)量同步脈沖的方法控制縫焊通電的通斷時(shí)間比，擴(kuò)大了現(xiàn)行通用焊機(jī)的工藝應(yīng)用范圍，尤其對(duì)精密微型件的焊接有作用。
4.4　電容貯能微機(jī)控制器配用小容量(500 μF以下)電容器組時(shí)，能很好地滿足微型件縫焊的工藝需要?？刂破鬈浖宰鞲膭?dòng)，即可配用電容貯能點(diǎn)焊機(jī)。

5　結(jié)　論

5.1　研制的微型件電容貯能縫焊單片機(jī)控制器設(shè)計(jì)思想正確、合理。
5.2　采用單片機(jī)控制充電電壓及縫焊通斷時(shí)間比，大大提高了焊機(jī)的技術(shù)性能。
5.3　控制器具有焊接電流、通電時(shí)間等參數(shù)顯示，為焊接質(zhì)量的控制提供了基礎(chǔ)。
5.4　控制器有自診斷、報(bào)警等多種功能，可靠性好，有較強(qiáng)的應(yīng)用背景，是先進(jìn)制造技術(shù)在焊接中的成功應(yīng)用。