[发明专利]铝合金板材特殊电阻焊接工艺及焊接设备

说明书

技术领域

本发明属于焊接的技术领域，具体是一种铝合金板材的焊接工艺及焊接设备。

背景技术

用于金属点焊的传统的电阻焊机，为了获得良好的熔核，一般采用检测焊接点的动态电阻的变化量并反馈到控制系统，进而调整焊接电流的大小和时间。但由于铝合金电阻率低，焊接点的动态电阻的变化量很小，采用传统的检测焊接点的动态电阻的变化量作为反馈量的控制方法很难达到良好的焊接效果；同时，由于铝合金的导热、导电率高，特别是相邻焊点的间距较小的情况下在焊接时需要极大的焊接电流且焊接时间要短，避免分流、散热过多。一般传统电阻焊机的控制方法无法满足焊接或满足不了焊接质量及表面成型要求。

发明内容

针对铝合金特殊的焊接工艺，根据铝合金材料焊接特性，为得到更好的焊接强度及焊点表面成型效果，研制开发专用于铝合金焊接设备。

利用电阻焊机对铝合金板材进行焊接，通过压力传感器检测铝合金板材在焊接时产生的热膨胀作用力，然后将压力传感器检测到的力反馈到控制系统，然后控制系统根据力的反馈进行自动调整焊接电流、焊接时间。由于各个检测信号及反馈信号都在千分之一秒钟（毫秒级）内完成，焊机控制系统在2毫秒内完成焊接电流及时间的自动调整，从而达到良好焊接效果。

铝合金焊接设备焊接电源采用中频逆变电源，频率为1000Hz，焊接时间为毫秒级，焊接输出电流为直流，其功率因数可以达到99%。在焊机电极伺服加压机构上安装高精度压力传感器，压力控制精度在±20N。

铝合金焊接工艺与其它材料不同，关键在于主焊接前需要增加一个预热处理，采用较小的电流对焊接工件进行预热，在此过程中检测到其它影响焊接因素，通过控制系统进行对预热时间的长短进行调整。在主焊接之前，焊接控制系统对预热处理后铝合金电阻值与正常电阻值进行对比检测，通过设定起始条件，可减少焊接过程的变化量。

主焊接时，通过大电流对铝合金焊点进行加热，此时随着焊点温度升高，焊接点热膨胀作用力作用到焊机加压机构主轴上。此时通过压力传感器检测到铝合金热膨胀反作用力，焊接控制系统通过实时检测动态电阻及压力传感器反馈焊接压力，焊接控制系统在主焊接过程中的每一个毫秒内都能对焊接电流、焊接时间进行自动调整，达到比较理想的焊接效果。

焊接过程一般都在300毫秒（0.3秒钟）内完成，各个检测都是千分之一秒(1毫秒)内完成。

工艺流程简述：

人工手动定位工件或机械手抓取工件到铝合金专用焊接设备，脚踏焊接按钮启动开关或程序自动启动焊接程序。焊机加压机构得到信号下压，预压一定时间后，焊接控制系统对待焊铝合金板材先进行一个小电流预热，进行电阻检测，预热时间完成后，焊接控制系统开始大电流放电进行焊接，在焊接过程中需要对焊接动态电阻及焊接压力进行实时检测，并将检测结果反馈到焊接控制系统，焊接控制系统根据各个反馈结果进行自动调整焊接电流、焊接时间，直至焊接完成。焊接完成后电极伺服加压机构继续对焊点施压，直至焊点熔核形成然后加压机构复位，一个焊点焊接完成。

铝合金板材特殊电阻焊接设备，包括有机体、焊接变压器、上电极组件、下电极组件，伺服加压系统、水冷组件、电控系统等。

焊机机体主要承载所有零部件支承，由低碳钢板焊接而成，机体焊接完成后还要进行机体整体退火处理，消除焊接应力。

焊接变压器采用硅钢片、整流二极管组装而成，变压器具有功率因数高，功率因数可达99 %，焊接规范条件范围大，体积小。

控制器对焊接时间控制精度为1毫秒，毫秒级的控制精度，大大提高焊接质量。控制器可以实现预热、上坡、焊接、下坡、后热等五段加热过程，且每个焊点的焊接时间，焊接电流，焊接电极压力，焊接参数修改时间及其焊接出错记录。

伺服加压系统采用伺服缸，内部安装高精度压力传感器，通过闭环可以实时检测加压力并进行实时反馈。

伺服加压系统安装在焊机机体中心上部，主要作用是对待焊工件进行施压焊接。

水冷组件主要对焊接变压器、控制器及上下电极的冷却，电极的冷却可以提高使用寿命。电控系统通过PLC对整个焊机的各个动作及防护进行控制，通过人机界面可以实现焊接规范的编程。